Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.16.09 – Материаловедение (машиностроение). —
Институт материаловедения Хабаровского научного центра
Дальневосточного отделения РАН. — Пермь, 2012. — 57 с.
Работа выполнена в УРАН Научный консультант: доктор технических наук, профессор Верхотуров А.Д. Целью исследования является разработка методологических, физико-химических, технологических и технических аспектов получения композиционных порошковых и объемных материалов на основе тугоплавких соединений вольфрама с прогнозируемым составом и свойствами из сырьевых, техногенных и вторичных ресурсов вольфрама, расширяющих сырьевую базу вольфрамовой промышленности, снижающих себестоимость получения порошковых материалов и экологическую нагрузку.
Научная новизна:
Предложена и экспериментально подтверждена методологическая схема создания композиционных материалов (в том числе порошков) на основе тугоплавких соединений из сырьевых и вторичных ресурсов вольфрама, основанная на анализе структурных составляющих «сырье (минеральное, техногенное, вторичное) - технология (высокоэнергетическое воздействие) – целевые продукты (композиционные порошки или промпродукты) – области применения – материал (изделия, покрытия).
Предложены физико-химические критерии получения композиционных порошковых материалов заданного состава, определяемые характером изменения химического потенциала (энергии Гиббса - ∆ Ġ,), временем взаимодействия, фазовой устойчивостью компонентов (энтальпии образования ∆ Н), величиной теплового потока.
Проведено моделирование процессов углетермического восстановления природных минералов вольфрама, предложен критерий в виде неравенства Е ≤ Еа (Е - плотность мощности, Вт/см2, Еа – энергия активации, КДж/моль), позволяющий проводить количественные энергетические оценки возможности проведения тех или иных реакций восстановления при различных высокоэнергетических процессах.
Показано, что термическое воздействие искрового разряда на вещество (компактные отходы твердых сплавов) приводит к образованию на поверхности материала так называемой «вторичной структуры», разрушающейся по различным механизмам: хрупкое разрушение, плавление и кипение, которые обуславливают различия частиц по размерам, структуре, фазовому и химическому составу и коррелируют с энергетическими характеристиками процесса.
Установлена последовательность фазовых превращений при совместной термообработке шеелитового и датолитового концентратов с углеродом, механической активации и определены температурно-временные параметры, приводящие к образованию композиционных порошков на основе тугоплавких соединений определенного состава и покрытий из них.
Разработаны условия получения вольфрамкобальтовых порошков заданного состава и структуры из компактных отходов твердых сплавов, заключающиеся в электроэрозионном диспергировании твердого сплава в воде с последующей докарбидизацией полученного порошка.
Практическая значимость и реализация работы
На основе представленных теоретических и экспериментальных исследований предложены пути прямого использования сырьевых, техногенных и вторичных ресурсов для получения целевых продуктов (композиционных порошков на основе тугоплавких соединений вольфрама, промпродуктов, сплавов) и материалов из них в одну - две технологические операции, минуя сложные и дорогостоящие пиро- и гидрометаллургические процессы.
Предложена и опробована технологическая схема прямого восстановления шеелитового концентрата, которая показала экономическую рентабельность и экологическую чистоту процесса получения непосредственно из минерального сырья композиционного порошка на основе карбидов, боридов, силицидов вольфрама, используемых в качестве порошков для электроискрового легирования металлических поверхностей и лазерной наплавки. Выполнено технико-экономическое обоснование создания цеха по производству порошка на основе карбида вольфрама производительностью 4650 т/год на Лермонтовском ГОКе. Полученный композиционный порошок методом лазерной наплавки был использован в качестве жаростойкого покрытия дна головки поршня дизельного двигателя в ОАО «Дальтехгаз».
Разработана технологическая схема переработки отходов твердых сплавов ВК8 в вольфрамкобальтовые порошки, пригодные для нужд порошковой металлургии и защитных покрытий. Опытная проверка на ЗАО «Дальневосточная технология» показала, что твердый сплав с добавками порошка, регенерированного по предложенной схеме, соответствует по прочности, твердости и износостойкости стандартному твердому сплаву ВК8 (Решение о выдаче патента по заявке №2009133493/02(04108) «Способ переработки твердых сплавов электроэрозионным диспергированием»).
Разработан электролитический способ получения вольфрамовой кислоты, позволяющий по упрощенно-технологической схеме перерабатывать растворы вольфрамата натрия в вольфрамовую кислоту, а также промывочные или сточные воды, содержащие вольфрамат натрия (Патент №2073644 Россия. Открытия. Изобретения. 1997. №5).
На предложенные технологические схемы имеются акты внедрения и испытаний.
Решение поставленных в работе задач и полученные результаты содержат научно обоснованные решения по расширению сырьевой базы вольфрамовой промышленности для производства композиционных материалов на основе тугоплавких соединений с прогнозируемыми составом и свойствами с использованием экологичных ресурсо- и энергосберегающих технологий.
Работа выполнена в УРАН Научный консультант: доктор технических наук, профессор Верхотуров А.Д. Целью исследования является разработка методологических, физико-химических, технологических и технических аспектов получения композиционных порошковых и объемных материалов на основе тугоплавких соединений вольфрама с прогнозируемым составом и свойствами из сырьевых, техногенных и вторичных ресурсов вольфрама, расширяющих сырьевую базу вольфрамовой промышленности, снижающих себестоимость получения порошковых материалов и экологическую нагрузку.
Научная новизна:
Предложена и экспериментально подтверждена методологическая схема создания композиционных материалов (в том числе порошков) на основе тугоплавких соединений из сырьевых и вторичных ресурсов вольфрама, основанная на анализе структурных составляющих «сырье (минеральное, техногенное, вторичное) - технология (высокоэнергетическое воздействие) – целевые продукты (композиционные порошки или промпродукты) – области применения – материал (изделия, покрытия).
Предложены физико-химические критерии получения композиционных порошковых материалов заданного состава, определяемые характером изменения химического потенциала (энергии Гиббса - ∆ Ġ,), временем взаимодействия, фазовой устойчивостью компонентов (энтальпии образования ∆ Н), величиной теплового потока.
Проведено моделирование процессов углетермического восстановления природных минералов вольфрама, предложен критерий в виде неравенства Е ≤ Еа (Е - плотность мощности, Вт/см2, Еа – энергия активации, КДж/моль), позволяющий проводить количественные энергетические оценки возможности проведения тех или иных реакций восстановления при различных высокоэнергетических процессах.
Показано, что термическое воздействие искрового разряда на вещество (компактные отходы твердых сплавов) приводит к образованию на поверхности материала так называемой «вторичной структуры», разрушающейся по различным механизмам: хрупкое разрушение, плавление и кипение, которые обуславливают различия частиц по размерам, структуре, фазовому и химическому составу и коррелируют с энергетическими характеристиками процесса.
Установлена последовательность фазовых превращений при совместной термообработке шеелитового и датолитового концентратов с углеродом, механической активации и определены температурно-временные параметры, приводящие к образованию композиционных порошков на основе тугоплавких соединений определенного состава и покрытий из них.
Разработаны условия получения вольфрамкобальтовых порошков заданного состава и структуры из компактных отходов твердых сплавов, заключающиеся в электроэрозионном диспергировании твердого сплава в воде с последующей докарбидизацией полученного порошка.
Практическая значимость и реализация работы
На основе представленных теоретических и экспериментальных исследований предложены пути прямого использования сырьевых, техногенных и вторичных ресурсов для получения целевых продуктов (композиционных порошков на основе тугоплавких соединений вольфрама, промпродуктов, сплавов) и материалов из них в одну - две технологические операции, минуя сложные и дорогостоящие пиро- и гидрометаллургические процессы.
Предложена и опробована технологическая схема прямого восстановления шеелитового концентрата, которая показала экономическую рентабельность и экологическую чистоту процесса получения непосредственно из минерального сырья композиционного порошка на основе карбидов, боридов, силицидов вольфрама, используемых в качестве порошков для электроискрового легирования металлических поверхностей и лазерной наплавки. Выполнено технико-экономическое обоснование создания цеха по производству порошка на основе карбида вольфрама производительностью 4650 т/год на Лермонтовском ГОКе. Полученный композиционный порошок методом лазерной наплавки был использован в качестве жаростойкого покрытия дна головки поршня дизельного двигателя в ОАО «Дальтехгаз».
Разработана технологическая схема переработки отходов твердых сплавов ВК8 в вольфрамкобальтовые порошки, пригодные для нужд порошковой металлургии и защитных покрытий. Опытная проверка на ЗАО «Дальневосточная технология» показала, что твердый сплав с добавками порошка, регенерированного по предложенной схеме, соответствует по прочности, твердости и износостойкости стандартному твердому сплаву ВК8 (Решение о выдаче патента по заявке №2009133493/02(04108) «Способ переработки твердых сплавов электроэрозионным диспергированием»).
Разработан электролитический способ получения вольфрамовой кислоты, позволяющий по упрощенно-технологической схеме перерабатывать растворы вольфрамата натрия в вольфрамовую кислоту, а также промывочные или сточные воды, содержащие вольфрамат натрия (Патент №2073644 Россия. Открытия. Изобретения. 1997. №5).
На предложенные технологические схемы имеются акты внедрения и испытаний.
Решение поставленных в работе задач и полученные результаты содержат научно обоснованные решения по расширению сырьевой базы вольфрамовой промышленности для производства композиционных материалов на основе тугоплавких соединений с прогнозируемыми составом и свойствами с использованием экологичных ресурсо- и энергосберегающих технологий.