СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПСЕВДОСПЛАВА МЕДЬ-ВОЛЬФРАМ Российский патент 1997 года по МПК B22F3/12 C22C9/00 C22C27/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, касается изготовления электродов для электроэрозионной обработки.

Известны способы изготовления изделий из композиционного материала на основе вольфрам-медь. Способы предусматривают использование в качестве исходных соединений шихты предварительно полученные дорогостоящие компоненты, что усложняет технологическую схему и повышает затраты на процесс ( Заявка Япония N 58-53058, N 63-114221).

Известен способ получения композиционного материала, содержащего (мас.) 50 СИ и 50 W, согласно которому, каркас вольфрама подвергают пропитке медью при 1400^oC (Электроды-инструменты из композиционных материалов для электроэрозионных станков: Методические рекомендации/Левит М.Л. Глаголев Н.Н. М. ЭНИМС, 1988, с. 23).

Основными недостатками известного способа являются:
необходимость предварительного получения исходных дорогостоящих компонентов по усложненной технологической схеме;
повышенные энергозатраты на процесс за счет высокой температуры 1400^oC для спекания вольфрамового каркаса и дополнительных энергозатрат при расплавлении меди для пропитки каркаса.

В основу изобретения положена задача осуществить такой способ получения материала, который обеспечивал бы улучшение его эксплуатационных характеристик, снижение затрат на процесс, в том числе и за счет использования в качестве компонентов шихты продуктов переработки вольфрам- и медьсодержащих отходов производства, а также улучшения состояния окружающей среды за счет увеличения степени использования минерального сырья.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения композиционного материала на основе вольфрам-меди, включающем прессование шихты с последующей термообработкой, согласно изобретению, прессованию подвергают шихту, содержащую вольфрам- и медьсодержащие компоненты, в качестве которых используют продукты восстановления и углетермического синтеза отходов флотации вольфрам- и медьсодержащего сырья, при следующем соотношении компонентов в шихте, мас.

Продукт восстановления вольфрамсодержащих отходов флотации. 10-25
Продукт углетермического синтеза вольфрамсодержащих отходов флотации. - 10-25
Продукт восстановления медьсодержащих отходов флотации. Остальное
При этом в качестве продукта восстановления вольфрамсодержащих отходов флотации используют порошок с содержанием, мас. вольфрам 86-87; оксид вольфрама 8 8,5; оксид кремния 2,5 3; железо 2 2,5; оксид кальция 0,2 - 0,5. В качестве продукта углетермического синтеза вольфрамсодержащих отходов флотации используют порошок с содержанием, мас. карбид вольфрама 95,5 - 96,5; карбид железа 2 2,5; карбид кремния 1 1,5; карбид кальция 0,2 - 0,5, а в качестве продукта восстановления медьсодержащих отходов флотации используют порошок с содержанием, мас. медь 82,5 83; оксид кальция 0,5 - 1,0; железо 13,5 14; оксид меди 2,5 3.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что использование в шихте восстановленных и карбидизированных продуктов вольфрамсодержащих отходов и восстановленных продуктов медьсодержащих отходов флотации снижает в 2 3 раза стоимость полученного материала по сравнению с материалом прототипа, упрощает общую технологическую схему получения композиционного материала, исключает дополнительное введение добавок, например кальция (патент N 62 114221), так как они уже содержаться в предлагаемых исходных продуктах шихты, а также улучшает состояние окружающей среды за счет сокращения объемов гидрометаллургической переработки.

Качественный состав шихты и оптимальное состояние компонентов обеспечивает повышение физико-химических и эксплуатационных свойств композиционного материала и электрод-инструмента из него, а именно: уменьшение пористости с 5% до 2% и размеров зерна с 5-10 до 1-5мкм, увеличение твердости с 120 НВ до 140 НВ, эрозионной стойкости электрод-инструмента, относительный линейный износ уменьшается с 33 до 30% и скорости съема металла почти в 1,6 раза.

Пример. Для осуществления предлагаемого способа использовали порошки с размером частиц менее 50 мкм отходов флотации вольфрам- и медьсодержащего минерального сырья: вольфрамсодержащих отходов с содержанием основных компонентов, мас. вольфрам 75,0; кальций 1,2; железа 2,1; кремний 1,1; кислорода 20,07; медьсодержащих отходов с содержанием основных компонентов, мас. меди 56,1; железа 9,24; серы 10,56; кальция 0,4; кислорода 16,08. Одну часть вольфрамсодержащих отходов флотации восстанавливали в среде водорода при температуре 1200^oC в течение 1 ч, а вторую часть карбидизировали в вакууме при температуре 1300-1350^oC в течение 1,0 1,5 ч в присутствии углерода марки ПМ-100. Медьсодержащие отходы флотации восстанавливали водородом при температуре 870^oC в течение 1 ч. Таким образом были получены порошки следующего состава, мас.

1) W 86,4; WO₃ 8,1; SiO₂ 2,8; Fe 2,4; CaO 0,3;
2) WC 96,0; Fe₃C 2,3; SiC 1,4; CaC₂ 0,3.

3) Cu 82,8; Fe 13,6; CuO 2,8; CaO 0,7.

Шихту состава, мас. (соответственно):
продукт восстановления вольфрамсодержащих отходов флотации 15
продукт карбидизации вольфрамсодержащих отходов 15
продукт восстановления медьсодержащих отходов 70
перемешивали в центробежно-планетарной мельнице в течение 5 ч, прессовали на установке горячего прессования при температуре 1000^oC при давлении 30 МПа и при выдержке нагрузки 5 мин. Полученный материал имел состав: W 12,96; WC 14,4; Cu 57,96; WO₃ 1,22; CaO 0,045 + 0,5; Fe 0,36 + 9,52; SiO₂ 0,42; Fe₃C 0,345; CaC₂ 0,045; SiC 0,21; CuO 1,96, с относительной плотностью 97,6% размером зерна 1-5 мкм (до 70%), размером пор 1-4 мкм, твердостью 130 НВ. Материал испытывали в качестве электрод-инструмента для электроэрозионной размерной обработки (ЭЭРО) твердого сплава ВК-8. Относительный линейный износ электрода при ЭЭРО составил 30% при производительности 2,8 мм³/мин.

По аналогии с примером 1 выполнены примеры 2 5 (см. таблицу).

Использование. Для изготовления электродов для электроэррозионной обработки. Сущность изобретения: предложен способ получения композиционного материала на основе псевдосплава медь-вольфрам, включающий прессование шихты, содержащей вольфрам и последующую термообработку, отличающийся тем, что прессованию подвергают шихту, дополнительно включающую медьсодержащий компонент, при этом в качестве вольфрам- и медьсодержащих компонентов используют продукты восстановления и углетермического синтеза отходов флотации вольфрам- и медьсодержащего сырья при следующем соотношении компонентов в шихте ( мас. %): продукт углетермического синтеза вольфрамсодержащих отходов флотации 10-25; продукт углетермического синтеза вольфрамсодержащих отходов флотации 10-25; продукт восстановления медьсодержащих отходов флотации - остальное. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения композиционного материала на основе псевдосплава вольфрам-медь, включающий приготовление шихты из медь- и вольфрамсодержащих компонентов, прессование и термообработку, отличающийся тем, что готовят шихту, включающую в качестве вольфрам и медьсодержащих компонентов продукты восстановления и углетермического синтеза отходов флотации вольфрам- и медьсодержащего сырья при следующем соотношении компонентов в шихте, мас.

Продукт восстановления вольфрамсодержащих отходов флотации 10 25
Продукт углетермического синтеза вольфрамсодержащих отходов флотации 10 25
Продукт восстановления медьсодержащих отходов флотации Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве продукта восстановления вольфрамсодержащих отходов флотации используют порошок, содержащий, мас.

Вольфрам 86 87
Оксид вольфрама (WO₃) 8 8,5
Оксид кремния 2,5 3,0
Железо 2 2,5
Оксид кальция 0,2 0,5
в качестве продукта углетермического синтеза вольфрамсодержащих отходов флотации используют порошок, содержащий, мас.

Карбид вольфрама 95,5 96,5
Карбид железа (Fe₃C) 2 2,5
Карбид кремния 1 1,5
Оксид кальция 0,2 0,5
а в качестве продукта восстановления медьсодержащих отходов флотации используют порошок, содержащий, мас.

Медь 82,5 83
Железо 15,3 14
Оксид меди 2,5 3,0
Оксид кальция 0,5 1,0,