Технология нанесения карбида вольфрама на металл

Обновлено: 04.10.2024

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности при изготовлении деталей и инструментов с износостойкими покрытиями, а также для их восстановления. Способ включает электроосаждение кобальт-вольфрамовых покрытий с применением импульсного тока плотностью 10 А/дм 2 из перемешиваемого электролита, имеющего температуру 55-65°С и состав, г/л: сульфат кобальта 12-15, вольфрамат натрия 40-100, цитрат аммония 40-60, карбид вольфрама 10-50, рН 4-8. Полученное покрытие смазывают 10%-ным раствором гексацианоферрата (II) калия в глицерине и обрабатывают электроискровым способом графитовым электродом ЭГ-4 на мягком режиме рабочим током 1,2-1,5 А. Технический результат: повышение твердости и износостойкости покрытия. 3 пр.

Изобретение относится к области нанесения комбинированных электролитических покрытий, содержащих карбиды вольфрама. Покрытие может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности при изготовлении деталей и инструментов с износостойкими покрытиями, а также для их восстановления.

Известен электроискровой способ получения износостойких покрытий, содержащих карбиды вольфрама, с помощью твердосплавных вольфрамовых электродов (см. Верхотуров А.Д., Подчерняева И.А., Прядко Л.Ф., Егоров Ф.Ф. Электродные материалы для электроискрового легирования. М.: Наука, 1988, 224 с.).

Недостатком известного способа является то, что такие покрытия формируются не сплошными и не однородными, имеют дефекты (поры, микротрещины), получаются матовыми и шероховатыми. Покрытия имеют более высокий коэффициент трения, хуже защищают от коррозии, у них более высокий износ при трении в паре с закаленной сталью по сравнению с покрытием, предлагаемым в изобретении.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является гальванический способ нанесения покрытий, представляющих из себя кобальт-вольфрамовые сплавы, с последующей их термической обработкой (прототип). В прототипе для получения электролитического сплава, содержащего 40% вольфрама, рекомендован аммиачно-цитратный электролит следующего состава (г/л): сульфат кобальта 15, вольфрамат натрия 100, цитрат аммония 40, рН 5. Температура электролита 40°С, катодная плотность тока 1 А/дм 2 . Аноды вольфрамовые и кобальтовые (см. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. Гальванотехника. Справочник. М.: Металлургия, 1987, 316 с.). Для повышения твердости кобальт-вольфрамовых покрытий их термообрабатывают в течение 1 часа при температуре 600°С (см. Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Л: Машиностроение, 1986, 66, 70 с.).

Однако и после термообработки такие покрытия уступают по твердости и износостойкости покрытиям, предлагаемым в изобретении. Это связано с тем, что известное покрытие содержит вольфрам, а в предлагаемом покрытии вольфрам находится так же и в виде карбидов вольфрама, который превосходят металлический вольфрам по твердости и износостойкости.

Задачей изобретения является повышение твердости и износостойкости покрытий.

Для решения данной задачи предложен способ нанесения покрытий с карбидами вольфрама, включающий электролитическое осаждение из электролита, содержащего кобальт сернокислый, вольфрамат натрия, цитрат аммония, в состав этого перемешиваемого электролита, имеющего рН 4-8 и температуру 55-65°С, дополнительно вводят карбид вольфрама, при этом используется импульсный ток плотностью 10 А/дм 2 и следующее соотношение компонентов, г/л: сульфат кобальта 12-15, вольфрамат натрия 40-100, цитрат аммония 40-60, карбид вольфрама 10-50; затем на полученное покрытие наносят смазку, состоящую из 10% раствора гексацианоферрат (II) калия в глицерине и выполняют электроискровую обработку графитовым электродом ЭГ-4 на мягком режиме рабочим током 1,2-1,5А.

В этом электролите, предназначенном для электроосаждения кобальт-вольфрамового сплава, сульфат кобальта является источником ионов кобальта, вольфрамат натрия является источником ионов вольфрама, цитрат аммония способствует электроосаждению вольфрама и повышает качество покрытия, что способствует повышению микротвердости и износостойкости покрытий. В электролит вводили микродисперсный порошок карбида вольфрама, который, внедряясь в покрытие, повышает их твердость и износостойкость. Электроосаждение покрытий необходимо осуществлять, используя импульсный ток, который способствует повышению содержания второй фазы (карбида вольфрама) в покрытие, уменьшению концентрации неметаллических примесей и улучшает качество покрытия. При электролизе использовали растворимые аноды из вольфрама и кобальта, т.к. применение нерастворимых анодов уменьшает стабильность электролита.

Затем полученное композиционное покрытие на основе кобальт-вольфрамового сплава смазывали 10% раствором гексацианоферрат(II) калия в глицерине и обрабатывали электроискровым способом. Электроискровое легирование необходимо выполнять, используя электрод, изготовленный из электрографита ЭГ-4. Для электроискровой обработки рекомендуется использовать мягкий режим с рабочей силой тока 1,2-1,5А, обеспечивающий получение покрытий более высокого качества. Глицериновая смазка и графитовый электрод необходимы для повышения концентрации углерода в поверхностном слое покрытия и преобразования вольфрама в карбиды вольфрама. Карбиды вольфрама значительно превосходят металлический вольфрам, входящий в состав покрытия, по твердости и износостойкости.

Пример 1. Наносят предлагаемое покрытие на образец из стали У10А. Образец перед нанесением покрытия шлифовали, полировали, обезжиривали венской известью, декапировали в 10% растворе серной кислоты, промывали водопроводной и дистиллированной водой. Предлагаемое покрытие наносили в электролите с минимальной концентрацией компонентов, г/л:

Сульфат кобальта	12
Вольфрамат натрия	40
Цитрат аммония	40
Карбид вольфрама	10
рН	4,0.

Электролит перемешивали механической пропеллерной мешалкой и поддерживали его температуру 60°С. Для электроосаждения использовали импульсный ток частотой 167 Гц с прямоугольными импульсами, время импульса соответствовало времени паузы, средняя катодная плотность тока равнялась 10 А/дм 2 . Электролиз выполняли в течение 1,5 часов. В результате электроосаждалось блестящее покрытие, имеющее состав: вольфрам 28,73% (по массе), карбид вольфрама 8,16%, остальное кобальт. Толщина покрытия составила 72,9 мкм. Затем полученное композиционное покрытие на основе кобальт-вольфрамового сплава смазывали 10% раствором гексацианоферрат(II) калия в глицерине и обрабатывали электроискровым способом. Электроискровое легирование выполняли на установке ЭФИ-46А, используя электрод, изготовленный из электрографита ЭГ-4. Для электроискровой обработки применяли мягкий режим с рабочим током 1,2-1,5А. Время обработки 1 см 2 покрытия 1 минута. При этом поверхность покрытия становилась матовой.

Микротвердость полученного покрытия составила 11,86 ГПа, т.е. увеличилась почти в 1,3 раза по сравнению кобальт-вольфрамовым покрытием, термообработанным при температуре 600°С в течение 1 часа (прототип).

Износостойкость изучалась на установке возвратно-поступательного движения конструкции ЛТИ (Вячеславов П.М., Шмелёва Н.М. Контроль электролитов и покрытий. Л: Машиностроение, 1985 (Б-чка гальванотехника. Изд. 5, Вып.11), 98 с.). Для сравнения синхронно проводилось испытание образца с кобальт-вольфрамовым покрытием, нанесенным из электролита, предложенного в прототипе, и термообработанным в течение 1 часа при температуре 600°С. Износ кобальт-вольфрамового покрытия составил 2,30 мкм/км. Износ предлагаемого покрытия, полученного в примере 1, получился 1,18 мкм/км.

Пример 2. Наносят предлагаемое покрытие на образец из стали У10А. Образец перед нанесением покрытия готовили также как в примере 1. Предлагаемое покрытие наносили в электролите с концентрацией компонентов, г/л:

Сульфат кобальта	12
Вольфрамат натрия	50
Цитрат аммони	45
Карбид вольфрама	25
рН	6,3.

При этом использовали режимы электроосаждения, аналогичные применяемым в примере 1. В результате электроосаждалось блестящее покрытие толщиной 74,8 мкм. Затем это полученное электролитическое покрытие смазывали 10% раствором гексацианоферрат(II) калия в глицерине и обрабатывали электроискровым способом также как в примере 1. При этом поверхность покрытия становилась матовой. Микротвердость полученного покрытия увеличилась в 1,4 раза и составила 12,87 ГПа, а износостойкость - в 3,9 раза по сравнению с износостойкостью кобальт-вольфрамового покрытия, электроосажденного из электролита, предложенного в прототипе и термообработанного в течение 1 часа при температуре 600°С.

Пример 3. Наносят предлагаемое покрытие на образец из стали У10А. Образец перед нанесением покрытия готовили также, как и в примерах 1 и 2. Предлагаемое покрытие наносили в электролите с максимальной концентрацией компонентов, г/л:

Сульфат кобальта	15
Вольфрамат натрия	100
Цитрат аммония	60
Карбид вольфрама	50
рН	8,0.

Для электроосаждения использовали режимы, полностью совпадающие с применяемыми режимами в примерах 1 и 2. В результате электроосаждалось полублестящее покрытие толщиной 87,1 мкм, имеющее состав: вольфрам 37,41% (по массе), карбид вольфрама 10,29%, остальное кобальт. Затем это полученное покрытие смазывали 10% раствором гексацианоферрат(II) калия в глицерине и обрабатывали электроискровым способом также, как в примерах 1 и 2. При этом поверхность покрытия становилась матовой. Микротвердость полученного покрытия составила 13,15 ГПа, износ - 0,53 мкм/км, т.е. уменьшился в 4,3 раза по сравнению с износом кобальт-вольфрамового покрытия, электроосажденного из электролита, предложенного в прототипе и термообработанного в течение 1 часа при температуре 600°С.

Установлено, что в полученном (предлагаемом) покрытии отсутствуют сквозные поры и трещины. Покрытие обладает высокой адгезией. Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат: увеличить твердость и износостойкость покрытий.

Способ нанесения покрытий с карбидами вольфрама, включающий электролитическое осаждение из электролита, содержащего кобальт сернокислый, вольфрамат натрия и цитрат аммония, отличающийся тем, что в состав перемешиваемого электролита, имеющего рН 4-8 и температуру 55-65°С, дополнительно вводят карбид вольфрама при следующем соотношении компонентов, г/л: сульфат кобальта 12-15, вольфрамат натрия 40-100, цитрат аммония 40-60, карбид вольфрама 10-50, а осаждение проводят импульсным током плотностью 10 А/дм 2 , затем на полученное покрытие наносят смазку, состоящую из 10%-ного раствора гексацианоферрата (II) калия в глицерине, и выполняют электроискровую обработку графитовым электродом ЭГ-4 на мягком режиме рабочим током 1,2-1,5 А.

Изобретение относится к области изготовления сборных изделий, таких как гермовводы и волноводные фильтры, а также к гальванотехнике, в частности к металлизации, преимущественно серебрению изделий, состоящих из разнородных металлических материалов.

Изобретение относится к области гальванотехники, может быть использовано в аэрокосмической и других отраслях промышленности при изготовлении узлов, работающих в среде окислителя при высоких температурах, например, турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя (ТНА ЖРД).

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано для защиты стальных изделий от коррозии с помощью многослойных покрытий. .

Изобретение относится к электрохимической обработке защитных металлических покрытий и может быть использовано для увеличения коррозионной стойкости оцинкованной стальной проволоки.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для упрочнения поверхности рабочих органов технологического оборудования пищевых производств и потребительской транспортной тары для упаковки пищевых продуктов.

Изобретение относится к области поверхностной обработки металлов, в частности к нанесению упрочняющих покрытий, а именно к способам нанесения упрочняющего покрытия на металлические или металлосодержащие поверхности.

Изобретение относится к области электрохимического нанесения оптически черных оксидно-керамических покрытий на алюминий и его сплавы и может быть использовано при изготовлении панелей радиаторов, приборов индикации в электронной и автомобильной промышленности, в строительной индустрии.

Изобретение относится к электролитическому нанесению покрытий на металлические изделия и может быть использовано в металлургии и машиностроении. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных гальванических градиентных покрытий на основе хрома в машиностроении и других отраслях промышленности при изготовлении или восстановлении деталей и инструментов с износостойкими антифрикционными покрытиями, в частности, для повышения стойкости деформирующих инструментов.

Изобретение относится к области гальванотехники и может найти применение в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области технологии осаждения электрохимических покрытий, а именно к области технологии осаждения композиционных электрохимических покрытий (КЭП), и может найти применение для повышения износостойкости внутренних поверхностей деталей машин, приборов и инструмента.

Изобретение относится к области нанесения химических и гальванических композиционных покрытий на основе сплава никеля. .

Изобретение относится к гальваностегии и может быть использовано в ремонтном производстве при нанесении металлических и композиционных покрытий на цилиндрические поверхности.

Изобретение относится к области порошковой гальванотехники, а именно к материалам для получения композиционных гальванических покрытий, и может быть использовано для создания износостойких покрытий в условиях массового, серийного и единичного производства.

Изобретение относится к области электрохимического осаждения металлических покрытий, в частности хромовых, и может быть использовано для получения коррозионно-стойкого, твердого, термо- и износостойкого покрытия в машиностроении, электронике и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области электрохимии, в частности электрохимического нанесения композиционного материала цинк-фторопласт

Нанесение покрытия из карбида вольфрама

Карбид вольфрама широко известный сплав, обладающий высокой твердостью и повышенными износостойкими свойствами. Твердость карбида вольфрама (WC) более 60 HRC. Модуль упругости – 69 ГПа. Покрытия из WC обладают высокими прочностными показателями, но являются хрупкими, а также сложно обрабатываемыми.

Мы предлагаем нанесение покрытия карбида вольфрама с использованием следующих технологий:

Плазменное напыление,
Газопламенное напыление,
Детонационное напыление,
Высокоскоростное напыление,
Электроискровое легирование,
Плазменная наплавка.

Каждая технология имеет свои особенности

Покрытие из карбида вольфрама методом электроискрового легирования наносится толщиной 10-100 мкм. При этом используется электрод изготовленный из карбида вольфрама с добавлением кобальта. Покрытие получаемое при детонационном и высокоскоростном напылении обладает минимальной пористостью. Как правило методами напыления чистый карбид вольфрама не наносится. Используют комбинированные материалы - более мягкий и пластичный материал, с добавлением твердых частиц WC. Такие покрытия считаются более износостойкими. Толщина покрытия из карбида вольфрама при технологиях напыления 100-300 мкм.

Применение покрытий из карбидов вольфрама по характеру износа

гидроабразивный износ (покрытие наносится на рабочие колеса насосов)
коррозионный износ (изделия контактирующие с водой и подверженные коррозии)
абразивный износ (изделия подверженные воздействию абразивных материалов, или частиц абразива)
изделия работающие в химически агрессивной среде (плунжера насосов высокого давления, детали уплотнений, втулки)
эрозионный износ (детали запорной арматуры) и др.

Применение покрытий из карбида вольфрама

Валы и ролики,
штоки гидроударных механизмов,
плунжера работающие с высокими нагрузками,
втулки,
буровой инструмент,
режущий инструмент,
штамповый инструмент,
детали оборудования используемого в нефте- и газодобыче

услуги по восстановлению деталей, нанесению покрытий, напылению в вакууме, микроплазменному напылению, электроискровому легированию, плазменной обработке, аттестации покрытий, напылению нитрида титана, ремонту валов, покрытию от коррозии, нанесению защитного покрытия, упрочнению деталей;
поставка оборудования для процессов финишного плазменного упрочнения, сварки, пайки, наплавки, напыления (например, газотермического, газопламенного, микроплазменного, высокоскоростного и детонационного напыления), электроискрового легирования, приборов контроля, порошковых дозаторов, плазмотронов и другого оборудования;
поставка расходных материалов, таких как сварочная проволока, электроды, прутки для сварки, порошки для напыления, порошки для наплавки, порошки для аддитивных технологий, проволока для наплавки и другие материалы для процессов сварки, наплавки, напыления, аддитивных технологий и упрочнения;
проведение НИОКР в области инженерии поверхности, трибологии покрытий, плазменных методов обработки, выбора оптимальных покрытий и методов их нанесения; , консалтинг в области наплавки, напыления, упрочнения, модификации, закалки.

Наши менеджеры подробно расскажут об имеющихся у нас технологиях нанесения покрытий, упрочнения, восстановления, придания свойств поверхности, а также о стоимости услуг компании.

Способ формирования покрытий из карбида вольфрама

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов. Способ направлен на получение порошкообразных материалов с покрытием их монокарбидом вольфрама. Указанные материалы могут быть использованы для получения режущего абразивного инструмента, например для получения композиций алмаз - карбид вольфрама, расширяющих применение алмазного инструмента. Указанное покрытие предлагается наносить в два этапа: вначале формировать покрытие из кубического карбида вольфрама с минимальным содержанием углерода, а затем полученное покрытие насыщать углеродом из газовой среды до образования монокарбидного слоя. Для снижения доли углерода в покрытии из кубического карбида вольфрама предлагается проводить перед карбидизацией промежуточную термообработку в атмосфере воздуха, обеспечивается расширение спектра получаемых композиционных материалов за счет снижения температуры карбидизации. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ направлен на получение композиционных порошковых материалов с покрытием из карбида вольфрама. Указанные материалы могут быть использованы для получения режущего абразивного инструмента, например для получения композиций алмаз - карбид вольфрама, расширяющих диапазон применения алмазного инструмента.

Способ может быть использован для получения покрытий из карбида вольфрама и на компактных изделиях.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов.

Известен способ получения тонкого износостойкого карбидного покрытия восстановлением паров галогенидов в углеродсодержащей атмосфере (патент Англии №1460981).

Применение данного способа ограничивает выбор подложек для формирования покрытия вследствие опасности подтравливания материала подложки парами агрессивных галогенидов и продуктов их восстановления.

Известен также способ формирования диффузионного покрытия из карбида вольфрама путем насыщения вольфрамовой поверхности углеродом из газовой фазы в процессе термической обработки (Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. - М.: Металлургия. - 1973. С.132-137). Для реализации данного способа вольфрамовое изделие помещают в графитовую печь с углеродсодержащей атмосферой и термообрабатывают при температурах 1600-2000°С. В результате термообработки формируется двухслойное покрытие из монокарбида вольфрама с внешней стороны и полукарбида вольфрама между подложкой и монокарбидом вольфрама.

Данный способ по совокупности сходных признаков: наличие вольфрамовой составляющей на поверхности частиц (вольфрамового покрытия); насыщение этой составляющей углеродом из газовой фазы в процессе термообработки, принят за прототип.

Преимуществом данного способа является отсутствие паров с повышенной реакционной способностью, реагирующих с подложкой, недостатками - проведение процесса формирования покрытия из карбида при повышенных температурах, что ограничивает выбор покрываемых материалов (например, алмаз графитизируется при температурах выше 1000°С), и наличие полукарбида вольфрама в покрытии, снижающее работоспособность монокарбидного слоя.

Изобретение решает задачу снижения температуры формирования покрытия из монокарбида вольфрама с техническим результатом расширения спектра получаемых композиционных материалов за счет использования в качестве подложек веществ, устойчивых при температурах до 1000°С.

Поставленная задача решается тем, что в способе формирования покрытий из монокарбида вольфрама на порошкообразных материалах и компактных изделиях, включающем насыщение вольфрамовой составляющей (вольфрамового покрытия) углеродом из углеродсодержащей газовой фазы, согласно изобретению формирование карбидного покрытия проводят в два этапа: на первом формируется покрытие из кубического карбида вольфрама с минимальным содержанием углерода (например, при термическом разложении паров карбонила вольфрама в условиях термоциклирования подложки от 130÷600°С); на втором этапе данное покрытие обрабатывается в углеродсодержащей атмосфере при температуре 1000°С.

Задача решается также тем, что для снижения доли углерода в покрытии из кубического карбида вольфрама, формируемом на первом этапе, данное покрытие перед обработкой в углеродсодержащей атмосфере насыщается кислородом путем обработки его в атмосфере воздуха при температуре 400-450°С.

Технический результат достигается способом формирования покрытий из карбида вольфрама, включающим насыщение вольфрамовой составляющей (вольфрамсодержащего покрытия) углеродом из углеродсодержащей газовой фазы, в котором на первом этапе формируют покрытие из кубического карбида вольфрама при температуре не выше 450-600°С, а на втором этапе данный кубический карбид вольфрама переводят в монокарбид при температуре не выше 1000°С.

Предложенный способ заключается в том, что формирующееся на первом этапе покрытие образует капсулу, защищающую подложку от химического и механического воздействия на втором этапе обработки в углеродсодержащей атмосфере. Сформированный на первом этапе кубический карбид вольфрама в процессе термообработки при температуре 850-920°С образует активную фазу WC_0.01, с повышенной реакционной способностью и способную трансформироваться при подпитке углеродом из внешней среды в гексагональный монокарбид вольфрама, минуя стадию образования полукарбида W₂C. Чем ниже содержание углерода в формируемом при 450-600°С кубическом карбиде вольфрама, тем выше доля образующейся при термообработке фазы WC_0.01, тем ближе к стехиометрии образующийся на втором этапе монокарбид вольфрама.

Насыщение кислородом поверхности вольфрамового покрытия перед вторым этапом формирования карбидного покрытия способствует снижению доли углерода в кубическом карбиде вольфрама и увеличению доли фазы WC_0.01. Повышенная реакционная способность фазы WC_0.01 позволяет проводить обработку покрытия в углеродсодержащей атмосфере при температурах не выше 1000°С, что обеспечивает сохранность алмазного зерна подложки от рекристаллизации.

Таблица.
Примеры конкретного исполнения
Доля углерода в исходном покрытии из кубического карбида вольфрама, % ат	Продолжительность термообработки покрытия, час	Состав покрытия, % по массе
на воздухе при 450°С	В СО при 1000°С	WC_гекс	W₂C_гекс
-	0,1	4,1	95,9
45	-	1,0	31,8	68,2
-	3,0	97,0	3,0
15	-	0,1	23,1	76,9
-	1,0	100,0	0,0
0,5	0,1	21,0	79,0
45	0,5	1,0	98,2	1,8
0,5	3,0	100,0	0,0
45	1,0	0,1	26,6	73,4
1,0	1,0	100,0	0,0

1. Способ формирования покрытий из монокарбида вольфрама на порошкообразных материалах и компактных изделиях, включающий насыщение вольфрамовой составляющей предварительно наносимого покрытия углеродом из углеродсодержащей газовой фазы, отличающийся тем, что формирование карбидного покрытия проводят в два этапа: на первом формируют покрытие из кубического карбида вольфрама с минимальным содержанием углерода при 450-600°С, а на втором этапе данное покрытие обрабатывают в углеродсодержащей атмосфере при температуре 1000°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для снижения доли углерода в покрытии из кубического карбида вольфрама, формируемом на первом этапе, данное покрытие перед обработкой в углеродсодержащей атмосфере насыщают кислородом путем обработки его в атмосфере воздуха.

Прибор электроискрового нанесения карбида вольфрама WOCAFIX

Карбид вольфрама (WC — монокарбид вольфрама и W2C — семикарбид вольфрама) — химическое соединение углерода и вольфрама, керамика. Является одной из самых твёрдых из известных ныне керамик (HRC около 90 единиц) — по твёрдости он сравним с алмазом.

Описание процесса:

В процессе обработки на поверхность металла или инструмента импульсным способом наносится серия разрядов расходуемым электродом из карбида вольфрама
Толщина покрытия находится в пределах от 2 до 40 мкм, в зави- симости от типа обрабатываемого материала
Прочность покрытия достигает 82 HRC
Процесс восстановления можно повторять неограниченное количество раз.

Рекомендуется обрабатывать все типы режущего инструмента, фрезы, протяжки, развертки, зенковки, пуансоны, ма- трицы, штампы, ударный инструмент, втулки и колонки штампов, другой высоконагруженный или дорогостоящий инструмент. Рекомендуется для обработки всех трущихся частей оборудования, везде где есть износ или удары.

Средний эффект достигает 250-550% эффективного повышения стойкости инструмента и жизнеспособности инстру- мента и оборудования, особенно штампов.

В комплектацию прибора WOCAFIX для электроискрового нанесения карбида входит:

Кабель питания
Педаль управления
Держатель электродов
Кабель заземления магнитный
Запасные части (лампа и винт)
Ключ шестигранный
Набор из 24 карбид вольфрамовых электродов:

1 мм длина 50мм - 3 шт
1,3 мм длина 50мм - 3 шт
1,8 мм длина 50мм - 3 шт
2,3 мм длина 50мм - 3 шт

1,1х1,1 мм длина 50мм - 3 шт
1,6х1,6 мм длина 50мм - 3 шт
2,1х2,1 мм длина 50мм - 3 шт

2,1х2,1х2,1 мм длина 50мм 3 шт

Преимущества прибора для нанесения карбида вольфрама WOCAFIX:

Всего два регулятора - толщина и скорость импульсов. Всё остальное делает электроника
Не требует специального оборудования и высококвалифицированного персонала
Не требует демонтажа оборудования или инструмента
Перед нанесением достаточно произвести тщательную очистку места обработки
После нанесения допускается шлифовка, хонинговка, полировка и нанесение иных видов покрытий
В комплекте установка, инструмент и комплект расходных материалов - можно начинать работать немедленно
Все расходуемые электроды всех размеров квадратного, круглого и треугольного сечения поставляются так же дополнительно и всегда на складе.

Пример использования прибора электроискрового нанесения карбида вольфрама WOCAFIX

Пример упрочнения поверхности металла с помощью установки WOCAFIX

Видео работы прибора для электроискрового нанесения карбида вольфрама WOCAFIX (упрочнение режущей кромки инструмента)

Часто задаваемые вопросы по прибору WOCAFIX electronic 2020 для нанесения карбида вольфрама.

Быстрорежущая сталь — до 0,044 мм
Низколегированная сталь 0,0025 мм
Высоколегированная сталь 0,0015 мм

Быстрорежущая сталь (18% карбида вольфрама) - 0,04 мм
Быстрорежущая сталь (9% карбида вольфрама) - 0,035 мм
Низколегированная сталь (12% хрома) - 0,02 мм
Высоколегированная сталь (15% хрома) - 0,012 мм
Высоколегированная сталь (18% хрома) - 0,01 мм

Ввиду распространения и спекания карбида вольфрама в материал основания, покрытие становится его неотъемлемой частью.

2. Точная штамповка
- Предотвращает сморщивание металла

3. Глубокая вытяжка
- Предотвращает сморщивание металла
- Предотвращает появление
- Препятствует коррозии зажимных пластин и иных частей

4. Гибка металлов
- Предотвращает холодные спаи, разрывы

5. Холодное вытеснение и штамповка
- Предотвращает сморщивание металла
- Увеличивает смазывающую способность
- Предотвращает поломки рабочей зоны
- Увеличивает срок службы инструмента
- Уменьшает требуемое давление вытяжки
- Препятствует образованию коррозии трущихся поверхностей

6. Горячая высадка и формирование резьбы, головок винтов, задвижек, проушин и гаек.
- Предотвращает наволакивание и задиры
- Уменьшает износ, снижает нагрев, инструментов формирования резьбы и канавок, накаточных роликов

7. Литье пластмасс под давлением
- Препятствует коррозию и износ в точках впуска
- Предотвращает прихват отливки к форме
- Предотвращает износ формы и ее частей
- Предотвращает простои производства за счет снижения ремонтов
- Предотвращает появление облоя и впоследствии его очистку

8. Литье пластмасс:
Формообразующие оптического качества (идеально глянцевые) нельзя обрабатывать системой, поскольку это не позволяет получить в последствии безупречный глянец, однако:
- Покрытие предотвращает износ поверхностей смыкания,
- Предотвращает облой и износ кромок,
- Препятствует коррозию каналов и мест впуска, особенно если литьевой состав химически агрессивен.

9. Формирование и литье резины
- Увеличивает срок службы оснастки, обрезных ножей
- Предотвращает облой и последующие прочистки
- Исключает приварку изделия к форме

10. Производство корда, стальных нитей и проводов
- Сокращение простоя из-за предотвращения холодных спаев и наволакивания металла.
- Увеличивает срок службы инструмента, фильер, штампов

11 . Механическая обработка:
- Заводы и предприятия: увеличивает срок службы инструмента, самое широкое применение, особенно эффективно при обработке серого чугуна,
- Развертки: восстановление первоначального диаметра
- Прошивка, просечка отверстий: увеличивает срок службы инструмента и сохраняет от потери допуска.
- Высадка - головки болтов и шлицы крепежа:
- увеличивает срок службы инструмента, предотвращает налипание и задиры высадных головок.

12. Дисковые пилы и рубанки для деревообработки:
- Увеличивает срок службы инструмента в этой обширной области.

Вольфрам — карбид, оксид, сплавы. Свойства и температура плавления

Карбид вольфрама (монокарбид вольфрама) — химическое соединение углерода и вольфрама с формулой WC. Представляет собой фазу внедрения, которая содержит 6,1 % С (по массе) и не имеет области гомогенности. Имеет высокую твёрдость (9 по шкале Мооса) и износостойкость.

Получение

Карбид вольфрама можно получить одним из следующих способов.

Непосредственным насыщением вольфрама углеродом В основе процесса получения карбида вольфрама лежит реакция Образование WC происходит с образованием на поверхности частиц вольфрама монокарбида вольфрама, из которого внутрь частицы диффундирует углерод и образует ниже лежащий слой составом W2C. При получении WC используют порошок вольфрама, восстановленный из его оксида, и сажу. Взятые в необходимом количестве порошки смешивают, затем брикетируют или насыпают с утрамбовкой в графитовые контейнеры и помещают в печь. Для защиты порошка от окисления процесс синтеза ведут в среде водорода, который взаимодействуя с углеродом при температуре от 1300 °C образует ацетилен. Образование карбида вольфрама идёт в основном через газовую фазу за счёт углерода, содержащегося в газах. Реакции карбидизации имеют следующий вид: При наличии в среде окиси углерода процесс идёт по реакции Обычно процесс получения карбида вольфрама ведут при температуре 1300−1350 °C для мелкозернистых порошков вольфрама и 1600 °C для крупнозернистых, а время выдержки составляет от 1 до 2 часов. Полученные слегка спёкшиеся блоки карбида вольфрама измельчают и просеивают через сита. Восстановлением оксида вольфрама углеродом с последующей карбидизацией Этот метод в отличие от выше описанного совмещает процесс восстановления и карбидизации вольфрама, при этом в шихту добавляют недостающее количество сажи для образования карбида. Восстановление оксида вольфрама WO3 происходит через газовую фазу в среде CO и водорода. Восстановлением соединений вольфрама с последующей карбидизацией Ещё одним способом получения карбида вольфрама является нагрев смеси вольфрамовой кислоты, вольфрамового ангидрида (WO3) или паравольфрамата аммония ((NH4)10··xH2O) в среде водорода и метана при температуре 850−1000 °C. Осаждением из газовой фазы Получение карбида вольфрама из газовой фазы основано на разложении карбонила вольфрама при температуре 1000 °C. Электролизом расплавленных солей Электролиз смеси расплавленных бората натрия, карбоната натрия, фторида лития и вольфрамового ангидрида позволяет получить карбид вольфрама. Монокристаллы карбида вольфрама Монокристаллы WC могут быть получены выращиванием из расплава. Для этого смесь составом Co−40 %WC плавят в тигле из оксида алюминия при температуре 1600 °C и после гомогенизации расплава температуру снижают до 1500 °C со скоростью 1−3 °C/мин и выдерживают при этой температуре в течение 12 часов. После чего образец охлаждают и растворяют кобальтовую матрицу в кипящей соляной кислоте. Также может быть использован метод Чохральского для выращивания больших монокристаллов (до 1 см).

Вольфрам в природе. Типы месторождений

Вольфрам довольно редкий элемент, его кларк (процентное содержание в земной коре) составляет 1,3·104% (57-е место среди химических элементов).

Вольфрам встречается, главным образом, в виде вольфраматов железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов.

Наиболее распространенный минерал вольфрамит представляет собой твердый раствор вольфраматов железа и марганца (Fe, Mn)WO4. Это тяжелые твердые кристаллы цвета от коричневого до черного, в зависимости от того, какой элемент преобладает в их составе. Если больше марганца (Mn:Fe > 4:1), то кристаллы черные, если же преобладает железо (Fe:Mn > 4:1) коричневые. Первый минерал называют гюбнеритом, второй ферберит. Вольфрамит парамагнитен и хорошо проводит электрический ток.

Из других минералов вольфрама промышленное значение имеет шеелит вольфрамат кальция CaWO4. Он образует блестящие, как стекло, кристаллы светло-желтого, иногда почти белого цвета. Шеелит не магнитится, но обладает другой характерной особенностью способностью к люминесценции. Если его осветить ультрафиолетовыми лучами, он флуоресцирует в темноте ярко-синим цветом. Примесь молибдена меняет окраску свечения шеелита: она становится бледно-синей, а иногда даже кремовой. Это свойство шеелита, используемое в геологической разведке, служит поисковым признаком, позволяющим обнаружить залежи минерала.

Как правило месторождения вольфрамовых руд связаны с областями распространения гранитов. Крупные кристаллы вольфрамита или шеелита большая редкость. Обычно минералы лишь вкраплены в древние гранитные породы. Средняя концентрация вольфрама в них всего 12%, поэтому извлекать его довольно трудно. Всего известно около 15 собственных минералов вольфрама. Среди них расоит и штольцит, представляющие собой две различные кристаллические модификации вольфрамата свинца PbWO4. Другие минералы являются продуктами разложения или вторичными формами обычных минералов вольфрамита и шеелита, например, вольфрамовая охра и гидротунгстит, являющийся гидратированным оксидом вольфрама, образовавшимся из вольфрамита; русселит минерал, содержащий оксиды висмута и вольфрама. Единственный неоксидный минерал вольфрама тунгстенит WS2, основные запасы которого сосредоточены в США. Обычно содержание вольфрама в разрабатываемых месторождениях лежит в пределах от 0,3 до 1,0% WO3.

Все вольфрамовые месторождения имеют магматическое или гидротермальное происхождение. В процессе охлаждения магмы происходит дифференциальная кристаллизация, поэтому шеелит и вольфрамит часто обнаруживаются в виде жил, там, где магма проникала в трещины земной коры. Большая часть вольфрамовых месторождений сосредоточена в молодых горных цепях Альпах, Гималаях и Тихоокеанском поясе. По данным Американской геологической службы за 2003 (U.S. Geological Surveys) в Китае находится порядка 62% мировых запасов вольфрама. Значительные залежи этого элемента разведаны также в США (Калифорния, Колорадо), Канаде, России, Южной Корее, Боливии, Бразилии, Австралии и Португалии.

Мировые запасы вольфрамовых руд оцениваются в 2,9·106 тонн в пересчете на металл. Наибольшими запасами обладает Китай (1,8·106 тонн), второе место делят Канада и Россия (2,6·105 и 2,5·105 тонн соответственно). На третьем месте находятся США (1,4·105 тонн), однако сейчас почти все американские месторождения законсервированы. Среди остальных стран весомыми запасами обладают Португалия (запасы 25 000 т), Северная Корея (35 000 т), Боливия (53 000 т) и Австрия (10 000 т).

Ежегодная мировая добыча вольфрамовых руд составляет 5,95·104 тонн в пересчете на металл, из которых 49,5·104 тонн (83%) извлекается в Китае. В России добывается 3400 тонн, в Канаде 3000 тонн.

На Кинг-Айленде в Австралии добывается 20002400 тонн вольфрамовой руды в год. В Австрии шеелит добывается в Альпах (провинции Зальцбург и Штайермарк). В северо-восточной Бразилии разрабатывается совместное месторождение вольфрама, золота и висмута (шахты Канунг и месторождение Кальзас в Юконе) с предполагаемым запасом золота 1 млн. унций и 30 000 т оксида вольфрама. Мировым лидером в разработке вольфрамового сырья является Китай (месторождения Жианьши (60% китайской добычи вольфрама), Хуньань (20%), Юннань (8%), Гуаньдонь (6%), Гуаньжи и Внутренняя Монголия (2% каждое) и другие). Объемы ежегодной добычи в Португалии (месторождение Панасхира) оцениваются в 720 т вольфрама в год. В России основные месторождения вольфрамовых руд расположены в двух регионах: на Дальнем Востоке (Лермонтовское месторождение, 1700 т концентрата в год) и на Северном Кавказе (Кабардино-Балкария, Тырныауз). Завод в Нальчике перерабатывает руду в оксид вольфрама и паравольфрамат аммония.

Крупнейшим потребителем вольфрама является Западная Европа ее доля на мировом рынке составляет 30%. По 25% от общего потребления приходится на Северную Америку и Китай, а 1213% на долю Японии. Спрос на вольфрам в странах СНГ оценивается в 3000 тонн металла в год.

Более половины (58%) всего потребляемого металла используется в производстве карбида вольфрама, почти четверть (23%) в виде различных сплавов и сталей. На изготовление вольфрамового «проката» (нитей для ламп накаливания, электрических контактов и т.д.) приходится 8% произведенного вольфрама, а оставшиеся 9% используются при получении пигментов и катализаторов.

Карбиды вольфрама

Твердые сплавы рассмотрим более подробно. Тугоплавкий металл может образовывать разные карбиды: полукарбид и монокарбид. Они отличаются способностью растворять в себе тугоплавкие металлы и взаимодействием с разными кислотами.

Вольфрам — металл имеющий разные карбиды

Также монокарбид уступает поликарбиду в устойчивости и твердости. А к преимуществам монокарбида можно отнести способность к образованию кристаллов в расплавленном вольфраме, что дает возможность использовать его в минералокерамических изделиях. Полукарбид обладает большей устойчивостью к температурам, легкостью внедрения в твердые растворы монокарбида с другими металлами (феррумом, кобальтом), повышенной износоустойчивостью.

Переработка вольфрамового сырья

Первичная руда содержит около 0,5% оксида вольфрама. После флотации и отделения немагнитных компонентов остается порода, содержащая порядка 70% WO3. Затем обогащенная руда (и окисленный лом вольфрама) выщелачивается с помощью карбоната или гидроксида натрия:

4FeWO4 + O2 + 4Na2CO3 = 4NaWO4 + 2Fe2O3 + 4CO2

6MnWO4 + O2 + 6Na2CO3 = 6Na2WO4 + 2Mn3O4 + 6CO2

WO3 + Na2CO3 = Na2WO4 + CO2

WO3 + 2NaOH = Na2WO4 + H2O

Na2WO4 + CaCl2 = 2NaCl + CaWO4Ї.

Полученный раствор освобождается от механических примесей, а затем подвергается переработке. Первоначально осаждается вольфрамат кальция с последующим его разложением соляной кислотой и растворением образовавшегося WO3 в водном аммиаке. Иногда очистку первичного вольфрамата натрия осуществляют с помощью ионообменных смол. Конечный продукт процесса паравольфрамат аммония:

CaWO4 + 2HCl = H2WO4Ї + CaCl2

H2WO4 = WO3 + H2O

WO3 + 2NH3·H2O(конц.) = (NH4)2WO4 + H2O

12(NH4)2WO4 + 14HCl(оч.разб.) = (NH4)10H2W12O42 + 14NH4Cl + 6H2O

Другим способом выделения вольфрама из обогащенной руды является обработка хлором или хлороводородом. Этот метод основан на относительно низкой температуре кипения хлоридов и оксохлоридов вольфрама (300° С). Способ применяется для получения особо чистого вольфрама.

Вольфрамитовый концентрат может быть сплавлен непосредственно с углем или коксом в камере с электрической дугой. При этом получают ферровольфрам, который используется при изготовлении сплавов в сталелитейной промышленности. Чистый концентрат шеелита также может быть добавлен в расплав стали.

Около 30% мирового потребления вольфрама обеспечивается за счет переработки вторичного сырья. Загрязненный лом карбида вольфрама, стружки, опилки и остатки порошкового вольфрама окисляются и переводятся в паравольфрамат аммония. Лом быстрорежущих сталей утилизируют в производстве этих же сталей (до 6070% всего расплава). Лом вольфрама из ламп накаливания, электродов и химических реактивов практически не перерабатывается.

Основным промежуточным продуктом в производстве вольфрама является паравольфрамат аммония (NH4)10W12O41·5H2O. Он является и основным транспортируемым соединением вольфрама. Прокаливая паравольфрамат аммония, получают оксид вольфрама(VI), который затем обрабатывают водородом при 7001000° С и получают порошок металлического вольфрама. Спеканием его с углеродным порошком при 9002200° С (процесс цементации) получают карбид вольфрама.

В 2002 цена паравольфрамата аммония основного коммерческого соединения вольфрама составляла около 9000 долл. за тонну в пересчете на металл. В последнее время появилась тенденция к снижению цен на вольфрамовую продукцию вследствие большого предложения со стороны Китая и стран бывшего СССР.

В России вольфрамовые продукты производят: Скопинский гидрометаллургический завод «Металлург» (Рязанская область, вольфрамовый концентрат и ангидрид), Владикавказский Завод «Победит» (Северная Осетия, вольфрамовый порошок и слитки), Нальчикский Гидрометаллургический завод (Кабардино-Балкария, металлический вольфрам, карбид вольфрама), Кировградский завод твердых сплавов (Свердловская область, карбид вольфрама, вольфрамовый порошок), Электросталь (Московская область, паравольфрамат аммония, карбид вольфрама), Челябинский Электрометаллургический завод (ферровольфрам).

Свойства карбидов вольфрама

При высоких значениях температуры плавления, термостойкость карбидов вольфрама – достаточно низкая. Объясняется такое противоречие просто: кристаллическая структура и WC, и W2С – весьма жёсткая, поэтому термическое расширение практически отсутствует. С другой стороны карбид вольфрама обладает значительной теплопроводностью, причём для WC этот параметр с повышением температуры возрастает вдвое интенсивнее, чем у W2С.

Оптимальным диапазоном температур эксплуатации деталей, изготовленных из карбидов вольфрама, считается 200…3000С. С увеличением процентного содержания кобальта в твёрдых сплавах (до 20…25%) допустимые температуры эксплуатации возрастают до 700…8000С, превышая температуростойкость всех известных марок сталей (за исключением жаропрочных).

Карбиды вольфрама – соединения с хорошей электропроводностью, причём для WC этот показатель выше, чем у W2C, практически в 4 раза. Удельное электросопротивление карбидов вольфрама растёт при повышении температуры. Пропорционально этому, кстати, падают показатели упругости. Именно поэтому карбиды вольфрама хорошо обрабатываются электрофизическими методами: локальное введение высококонцентрированного источника тепла (дуга, искра, электрический импульс) повышает температуру в зоне обработки и способствует размерному разрушению структуры рассматриваемых соединений.

С точки зрения практического применения для карбидов вольфрама большее значение имеют их механические показатели – твёрдость и хрупкость. Получаемая в итоге микротвёрдость зависит в основном от температуры, при которой в вольфрамовом порошке формируются карбиды (менее — от степени их пористости). При повышении температуры дефекты в зёрнах залечиваются, поскольку возрастает подвижность атомов вольфрама и углерода. Поэтому конечная микротвёрдость соединений возрастает. При этом анизотропия свойств выражается значительно меньше, чем аналогичный показатель для металлов. Это упрощает предварительное ориентирование заготовки перед её обработкой.

Упругость карбидов вольфрама – максимальная для своего класса соединений тугоплавких металлов с углеродом, причём она возрастает с увеличением пористости. Это обстоятельство важно для изделий (в химсоставе которых присутствуют карбиды вольфрама), работающих в условиях знакопеременных нагрузок.

Читайте также: