Структура и свойства спеченных сплавов на основе вольфрама, полученных с использованием наноразмерных порошков

• Автор: Климова, Ольга Геннадьевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
Введение.
Глава 1. Современное состояние методов получения жаропрочных сплавов на основе вольфрама.

1.1. Вольфрам, основные свойства

1.1.1 .Физические свойства вольфрама

1.1.2. Химические свойства вольфрама

1.2. Получение порошков вольфрама.

1.2.1. Получение наноразмерных порошков вольфрама.

1.3. Получение спеченных сплавов на основе вольфрама

1.3.1. Процессы, протекающие при спекании.

1.3.2. Закономерности спекания вольфрама

1.4.Спекание композиционных материалов на основе вольфрама
1.5. Постановка задач исследования диссертации
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1.Материалы исследования
2.1.1 .Порошок вольфрама дисперсностью Змкм.
2.1.2. Порошок вольфрама дисперсностью 0,9мкм.
2.1.3. Гексакарбонил вольфрама
2.1.4. Порошок никеля.
2.1.5. Порошок карбида циркония.
2.1.6. Порошок карбида гафния.
2.2. Методика получения образцов
2.2.1. Механическое диспергирование.
2.2.2.Ссдиментация измельченных порошков
2.2.3. Прессование порошков.
2.2.4. Спекание образцов
2.3. Методики исследования полученных смесей и спеченных образцов.
2.3.1 .Рентгеноструктурный анализ.
2.3.2. Определение параметров тонкой структуры методом
аппроксимации.
2.3.3.0пределение параметров решетки
2.3.4. Электронная микроскопия
2.3.5. Измерение твердости образцов.
2.6.6. Определение плотности пористых образцов в парафине.
2.3.7. Измерение предела прочности
Глава 3. Получение наноразмерного вольфрама.
3.1. Газофазный синтез вольфрама
3.2. Анализ структуры полученных наночатсиц.
3.3. Влияние параметров синтеза.
3.4.Вывод ы.
Глава 4. Активированное спекание вольфрама
4.1. Механическая активация исходных порошков.
4.1.1. Измельчение порошков вольфрама дисперсностью 3 мкм.
4.1.2.Механическое измельчение вольфрама дисперсностью 1мкм
4.1.3. Измельчение смесей вольфрамовых порошков разной дисперсности
4.2. Прессование порошков вольфрама.
4.2.1. Прессование исходных порошков вольфрама
4.2.2. Прессование измельченных порошков вольфрама
4.3. Спекание порошков вольфрама. Влияние активаторов.
4.4. Начало процесса спекания при температурах 0 С
4.5. Выводы.
Глава 5. Синтез и свойства композиционных материалов на основе вольфрама и карбидов циркония, гафния.
5.1. Механическое измельчение карбидов
5.1.1. Измельчение карбида циркония.
5.1.2. Механическое измельчение карбида гафния.
5.2. Прессование и спекание композитов на основе вольфрама.
5.2.1 Свободное спекание систем V, V
5.2.2 Активация спекания путем введения наночастиц вольфрама
5.2.3. Активация спекания наночастицами вольфрама в системе Vi
5.3. Исследование механических свойств композиционных материалов
5.3.1. Анализ измерений твердости.
5.3.2. Определение модуля упругости.
5.3.3. Анализ измерений предела прочности. Анализ изломов.
5.3.4. Фрактографический анализ изломов.
5.4. Выводы.
Заключение
Основные выводы.
Литература


Менделеева, порядковый номер , атомная масса 3,; тугоплавкий тяжелый металл светло-серого цвета. Природный Вольфрам состоит из смеси пяти стабильных изотопов с массовыми числами 0, 2, 3, 4 и 6 [1]. Вольфрам был открыт и выделен в виде вольфрамового ангидрида WO3 в году шведским химиком К. Шееле из минерала тунгстена, позднее названного шеелитом. В году испанские химики братья д’Элуяр выделили WO3 из минерала вольфрамита и, восстановив WO3 углеродом, впервые получили сам металл, названный ими вольфрамом [2]. Минерал же вольфрамит был известен еще Агриколе ( век) и называется у него "Spiima lupi" - волчья иена (нем. Wolf - волк, Rahm - пена) в связи с тем, что вольфрам, всегда, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков (’’пожирает олово, как волк овцу"). В США и некоторых других странах элемент назывался также "тунгстен" (по-шведски -тяжелый камень) [3,4]. Вольфрам долго не находил промышленного применения. Лишь во второй половине века начали изучать влияние добавок вольфрама на свойства стали. Вольфрам маю распространен в природе; его содержание в земной коре 0’% по массе. Вольфрам кристаллизуется в объемно-центрированной кубической решетке с периодом а =3,4 А; плотность ,3 г/см3,1Г1Л °С, 1КИп °С [1]. Теплопроводность (кал/см-сек-°С) 0, (°С); 0, ( °С). Удельное электросопротивление (Ом*см*"6) 5,5 ( °С); ,4 ( °С). Работа выхода электронов 7,-‘ Дж (4. С); 5,0 ( °С). Механические свойства вольфрама зависят от предшествующей обработки. Предел прочности при растяжении (кгс/мм2) для спеченного слитка , для обработанного давлением от 0 до 0; модуль упругости (кгс/мм2) 0-0 для проволоки и 0-0 для монокристаллической нити; твердость но Бринеллю (кгс/мм2) для спеченного слитка 0-0, для кованого слитка 0-0 (1 кгс/мм2 = Мн/м2). При комнатной температуре вольфрам малопластичен [1,5]. В обычных условиях вольфрам химически стоек. При 0-0 °С компактный металл заметно окисляется на воздухе до УОз. Пары воды интенсивно окисляют его выше 0 °С. Галогены, сера, углерод, кремний, бор взаимодействуют с вольфрамом при высоких температурах (фтор с порошкообразным вольфрамом - при комнатной). С водородом вольфрам не реагирует вплоть до температуры плавления; с азотом выше °С образует нитрид. При обычных условиях вольфрам стоек к соляной, серной, азотной и плавиковой кислотам, а также к царской водке; при 0 °С слабо взаимодействует с ними; быстро растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот. В растворах щелочей при нагревании вольфрам растворяется слегка, а в расплавленных щелочах при доступе воздуха или в присутствии окислителей - быстро; при этом образуются вольфраматы. Вольфрам образует четыре оксида: высший - W (вольфрамовый ангидрид), низший - W и два промежуточных WO и W4On [6]. Вольфрамовый ангидрид - кристаллический порошок лимонно-желтого цвета, растворяющийся в растворах щелочей с образованием вольфраматов. При его восстановлении водородом последовательно образуются низшие оксиды и вольфрам. Вольфрамовому ангидриду соответствует вольфрамовая кислота H2W - желтый порошок, практически не растворимый в воде и в кислотах. При ее взаимодействии с растворами щелочей и аммиака образуются растворы вольфраматов. При 8 °С H2WO4 отщепляет воду с образованием W. С хлором вольфрам образует ряд хлоридов и оксихлоридов. Наиболее важные из них: WCU (t™ 5 °С, tKHn 8 °С) и WO2CI2 (tn. С, выше 0 °С сублимирует), получаются при действии хлора на вольфрамовый ангидрид в присутствии угля. С серой вольфрам образует два сульфида WS2 и WS3. Карбиды вольфрама WC (tnjl °С) и W2C (tn. С) - твердые тугоплавкие соединения; получаются при взаимодействии вольфрама с углеродом при - °С [5-7]. Промышленный метод получения вольфрама заключается в восстановлении W водородом (а в производстве твердых сплавов - также и углеродом) в трубчатых электрических печах при 0-0 °С [4,8-]. Последнюю стадию термической обработки - нагрев примерно до UC проводят в специальных аппаратах непосредственно пропусканием электрического тока через штабик в атмосфере водорода.