Структура
Структура α-WC, атомы углерода серые. Существуют две формы WC: гексагональная форма α-WC ( hP2 , пространственная группа P 6 м2, № 187) и кубическая высокотемпературная форма β-WC, имеющая структуру каменной соли . Гексагональную форму можно представить себе как состоящую из простой гексагональной решетки атомов металлов слоев, лежащих непосредственно друг над другом (т. Е. Не плотно упакованных), с атомами углерода, заполняющими половину пустот, придающих как вольфраму, так и углероду правильную тригонально-призматическую 6 координацию. . Из размеров элементарной ячейки можно определить следующие длины связей: расстояние между атомами вольфрама в гексагонально упакованном слое составляет 291 мкм, кратчайшее расстояние между атомами вольфрама в соседних слоях составляет 284 мкм, а длина углеродной связи вольфрама составляет 220 мкм. . Таким образом, длина связи вольфрам-углерод сравнима с одинарной связью в W ( CH 3 ) 6 (218 пм), в котором сильно искажена тригонально-призматическая координация вольфрама.
Молекулярный WC был исследован, и эта газовая фаза имеет длину связи 171 пм для 184 W 12 C .
Химические свойства
Есть два хорошо охарактеризованных соединения вольфрама и углерода, WC и полукарбид вольфрама, W2C. Оба соединения могут присутствовать в покрытиях, и пропорции могут зависеть от метода покрытия.
Еще одно метастабильное соединение вольфрама и углерода может быть создано путем нагрева фазы WC до высоких температур с помощью плазмы, а затем закалки в инертном газе (плазменная сфероидизация)..
Этот процесс вызывает сфероидизацию макрокристаллических частиц WC и приводит к нестеициометрической высокотемпературной фазе. Туалет1-х существует в метастабильной форме при комнатной температуре. Тонкая микроструктура этой фазы обеспечивает высокую твердость (2800-3500 HV) в сочетании с хорошей ударной вязкостью по сравнению с другими соединениями карбида вольфрама. Мета-стабильная природа этого соединения приводит к снижению высокотемпературной стабильности.
При высоких температурах WC разлагается на вольфрам и углерод, что может происходить при высоких температурах. термальный спрей, например, в методах высокоскоростного кислородного топлива (HVOF) и высокоэнергетической плазмы (HEP).
Окисление WC начинается при 500–600 ° C (932–1112 ° F). Устойчив к кислоты и атакован только плавиковая кислота /азотная кислота (ВЧ /HNO3) смеси выше комнатной температуры. Он реагирует с фтор газ при комнатной температуре и хлор выше 400 ° C (752 ° F) и не реагирует на высыхание ЧАС2 до температуры плавления. Мелкодисперсный WC легко окисляется в пероксид водорода водные растворы. При высоких температурах и давлениях реагирует с водным карбонат натрия формирование вольфрамат натрия, процедура, используемая для восстановления лома цементированного карбида из-за его селективности.
Токсичность
Карбид вольфрама химически инертен, поэтому изделия из него не представляют опасности для человека при нормальных условиях. Летальная доза карбида вольфрама для человека не определена.
Исследования, проведённые Дрезденским техническим университетом, Лейпцигским центром им. Гельмгольца по проблемам окружающей среды и Фраунгоферовским институтом керамических технологий и систем, показали, что нанопыль карбида вольфрама может проникать в клетки живых организмов. При этом собственно частицы вольфрама нетоксичны, однако при соединении с кобальтом в определённых концентрациях они могут представлять опасность для здоровья клеток. При долговременном регулярном поступлении пыли карбида вольфрама и кобальта в организм может возникать фиброз.
Именование
Исторически сложилось так называют Вольфрам, Wolf Rahm , вольфрамитового руды , открытой Питер Вулф был потом цементации и сцементированных связующее создание композиционного материала теперь называется «цементированный карбид вольфрама». Вольфрам Швеции «тяжелый камень». Colloquially среди работников в различных отраслях промышленности (например, обработка и плотницкий ), карбид вольфрама часто называют просто карбидом , несмотря на неточность использования. Среди широкой публики, растущая популярность карбида вольфрама кольца также привела к потребителям призывающих материала вольфрама .
Технологии изготовления
Есть несколько способов получения твердых сплавов: восстановление оксида вольфрама углеродом с дальнейшей карбидизацией; электролиз расплавленных солей; осаждение из газовой фазы; восстановление соединений тугоплавкого металла с дальнейшей карбидизацией; выращивание из расплава монокристаллов карбида вольфрама; насыщение тугоплавкого металла углеродом. Наибольшее распространение получила последняя технология. Твердые сплавы бывают двух видов:
- Литые. Их получают с помощью отливки. Для этого применяют вольфрам (в виде порошка); соединения карбида или его смеси с тугоплавким металлом, содержащие низкий процент углерода. Образованный сплав отличается высокой твердостью и износостойкостью. Но для литых соединений характерна хрупкость, поэтому их не везде можно использовать. Основные сферы применения — производство инструментов для бурения и для волочильных станков, на которых производят проволоку.
- Спеченные. Они состоят из карбида вольфрама и соединяющего металла, который выполняет связывающую функцию. В роли последнего часто используют кобальтовый, никелевый, молибденовый материалы.
Покрытие карбида вольфрама, как альтернатива гальваническому хромированию.
В течение более чем 70 лет хромированные покрытия оставались незаменимыми для защиты компонентов авиации, промышленных и потребительских изделий от износа, ударной нагрузки и коррозии. Однако в последние годы недостатки хромированных поверхностей заставили инженерное сообщество искать более дешевые и эффективные способы защиты поверхностей как в военном и гражданском авиационном секторе, так и в промышленности. Наилучшей альтернативой хромированию сегодня считается высокоскоростное газопламенное напыление (HVOF) карбида вольфрама. Оценочные испытания и увеличение количества успешных промышленных применений HVOF покрытий карбида вольфрама для различных компонентов авиационных двигателей и планера доказывают их преимущество. Эти покрытия применяются на шасси самолетов, гидравлических цилиндрах, подшипниках реактивных двигателей и корпусах подшипников, валах турбин и даже на таких элементах, как цепь привода вертолета и узлах пропеллера. Обеспечивающие лучшую защиту от износа, ударной нагрузки и усталости, лучшую или аналогичную защиту от коррозии, эти покрытия постепенно заменяют хромирование.
Помимо того, что HVOF покрытия карбида вольфрама имеют преимущество при работе в тяжелых условиях, эти покрытия гораздо легче наносятся по сравнению с традиционными электролитическими ваннами с хромом. Действительно, большое количество опубликованных технологических оценок (как военной так и гражданской направленности) доказывают состоятельность HVOF покрытий для замены хромирования. На сегодняшний день большое количество лабораторных и опытных испытаний, коммерческой эксплуатации продемонстрировали преимущества HVOF покрытий в защите от износа, коррозии и перегрева; трудоемкости нанесения; родолжительности жизненного цикла; экономической эффективности.
Физические свойства
Карбид вольфрама имеет высокую температуру плавления при 2870 ° C (5200 ° F), точку кипения 6000 ° C (10830 ° F) при давлении, эквивалентном 1 стандартной атмосфере (100 кПа), теплопроводность 110 Вт · м−1· K−1, и коэффициент температурного расширения из 5,5µм · м−1· K−1.
Карбид вольфрама чрезвычайно твердый и занимает от 9 до 9,5 баллов. Шкала Мооса, и с Виккерс количество около 2600. Оно имеет Модуль для младших примерно 530–700 ГПа, а объемный модуль 630–655 ГПа и модуль сдвига 274 ГПа. Предел прочности на разрыв 344 МПа, предел прочности при сжатии около 2,7 ГПа и коэффициент Пуассона 0,31.
Скорость продольной волны ( скорость звука ) через тонкий стержень из карбида вольфрама 6220 м / с.
Низкий карбид вольфрама удельное электрическое сопротивление около 0,2µОм · м сопоставимо с некоторыми металлами (например, ванадий 0.2 µОм · м).
Туалет легко смоченный как расплавленными никель и кобальт. Исследование фазовой диаграммы системы W-C-Co показывает, что WC и Co образуют псевдобинарную систему. эвтектика. В фазовая диаграмма также показывает, что существуют так называемые η-карбиды состава (W, Co)6C которые могут образовываться, и хрупкость этих фаз делает важным контроль содержания углерода в карбидах WC-Co.
ПРИМЕНЕНИЕ
Тугоплавкость и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в осветительных приборах, а также в кинескопах и других вакуумных трубках.
Благодаря высокой плотности вольфрам является основой тяжёлых сплавов, которые используются для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин).
Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Из них изготовляют хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей. Вольфрам применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама и рения применяется в таких печах в качестве термопары.
Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые в России марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам. ( Р18, Р6М5. от rapid – быстрый, скорость).
Сульфид вольфрама WS2 применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка. Некоторые соединения вольфрама применяются как катализаторы и пигменты. Монокристаллы вольфраматов (вольфраматы свинца, кадмия, кальция) используются как сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения и других ионизирующих излучений в ядерной физике и ядерной медицине.
Дителлурид вольфрама WTe2 применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К). Искусственный радионуклид 185W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный 184W используется как компонент сплавов с ураном-235, применяемых в твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный из распространённых изотопов вольфрама, имеющий низкое сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн).
Вольфрам (англ. Tungsten) – W
| Молекулярный вес | 183,84 г/моль |
| Происхождение названия | лат. Spuma lupi («волчья пена») или нем. Wolf Rahm (“волчьи сливки”, “волчий крем”) |
| IMA статус | подтвержден в 2011 году |
Карбиды ниобия Nb2C и NbC
В таблице даны физические свойства карбидов ниобия Nb2C и NbC. Плотный карбид ниобия NbC имеет серовато-коричневый или бледно-лиловый металлический цвет. Порошок NbC имеет фиолетовый оттенок.
Карбиды ниобия при комнатной температуре химически инертны, обладают высокой химической стойкостью к действию кислот и их смесей даже в нагретом состоянии. Однако, они растворимы в смеси плавиковой и азотной кислоты.
При нагревании на воздухе NbC слегка обезуглероживается. До температуры 2500°С он устойчив в атмосфере азота. Температура активного окисления карбида ниобия составляет 900…1000°С. Область температурной устойчивости — до 3890°С. Он стоек в расплавах металлов (Cu, Al), имеет высокую твердость по шкале Мооса.
| Свойства/карбид | Nb2C | NbC |
|---|---|---|
| Молекулярная масса | 197,8 | 105 |
| Тип решетки | Гексагональная | Кубическая |
| Плотность, кг/м3 | 7860 | 7560 |
| Температура плавления, °С | 2927 | 3480 |
| Температура кипения, °С | — | 4500 |
| Твердость по шкале Мооса | — | 9-10 |
| Средний ТКЛР в интервале 20-1100°С, α·106, град-1 | 6,5 | |
| Удельная массовая теплоемкость при 20°С, Дж/(кг·град) | 315 | 355 |
| Молярная теплоемкость при 25°С, кДж/(кмоль·град) | 30,36 | 37,35 |
| Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) | — | 19 |
| Удельное электрическое сопротивление при 20°С, ρ·108, Ом·м | 55 | 46 |
- Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967. — 474 с.
- Кржижановский Р. Е., Штерн З. Ю. Теплофизические свойства неметаллических материалов (карбиды). Справочник. Л.: Энергия, 1976. — 120 с.
Химические свойства
Есть два хорошо охарактеризованных соединения вольфрама и углерода, WC и полукарбид вольфрама, W2C. Оба соединения могут присутствовать в покрытиях, и пропорции могут зависеть от метода покрытия.
Еще одно метастабильное соединение вольфрама и углерода может быть создано путем нагрева фазы WC до высоких температур с помощью плазмы, а затем закалки в инертном газе (плазменная сфероидизация)..
Этот процесс вызывает сфероидизацию макрокристаллических частиц WC и приводит к нестеициометрической высокотемпературной фазе. Туалет1-х существует в метастабильной форме при комнатной температуре. Тонкая микроструктура этой фазы обеспечивает высокую твердость (2800-3500 HV) в сочетании с хорошей ударной вязкостью по сравнению с другими соединениями карбида вольфрама. Мета-стабильная природа этого соединения приводит к снижению высокотемпературной стабильности.
При высоких температурах WC разлагается на вольфрам и углерод, что может происходить при высоких температурах. термальный спрей, например, в методах высокоскоростного кислородного топлива (HVOF) и высокоэнергетической плазмы (HEP).
Окисление WC начинается при 500–600 ° C (932–1112 ° F). Устойчив к кислоты и атакован только плавиковая кислота /азотная кислота (ВЧ /HNO3) смеси выше комнатной температуры. Он реагирует с фтор газ при комнатной температуре и хлор выше 400 ° C (752 ° F) и не реагирует на высыхание ЧАС2 до температуры плавления. Мелкодисперсный WC легко окисляется в пероксид водорода водные растворы. При высоких температурах и давлениях реагирует с водным карбонат натрия формирование вольфрамат натрия, процедура, используемая для восстановления лома цементированного карбида из-за его селективности.
(3) КАРБИДНЫЙ СПЛАВ ТИПА
Эти марки в основном используются для резки стальных деталей, которые обычно имеют содержание кобальта в 5-10% и диапазон размеров зерен 0,8-2 мкм. Добавляя от 4% до 25% карбида титана (TiC), склонность карбида вольфрама (WC) диффундировать к поверхности стального лома может быть уменьшена. Прочность инструмента, износостойкость кратера и сопротивление термическому удару можно улучшить, добавив не более 25% карбида тантала (TaC) и карбида ниобия (NbC). Добавление таких кубических карбидов также увеличивает покраснение инструмента, что помогает избежать термической деформации инструмента во время сверхпрочной резки или другой обработки, когда режущая кромка может создавать высокие температуры. Кроме того, карбид титана может обеспечить места зародышеобразования во время спекания, улучшая однородность распределения кубического карбида в заготовке.
В целом, сплавы типа карбида имеют диапазон твердости HRA91-94 и прочность на разрыв в поперечном направлении 150-300 тыс.фунтов / кв.дюйм. По сравнению с простым типом износостойкость сплава имеет низкую износостойкость и низкую прочность, но его износостойкость лучше. Сплавы сплавов могут быть разделены на C5-C8 в системе класса С и могут классифицироваться в соответствии со стандартами класса P и M в системе качества ISO. Сплавы сплавов с промежуточными свойствами можно классифицировать как общие классы (например, C6 или P30) для токарной обработки, нарезания резьбы, строгания и фрезерования. Самые твердые сорта могут быть классифицированы как мелкие сорта (например, C8 и P01) для отделки и расточки. Эти сорта обычно имеют меньший размер зерна и более низкое содержание кобальта для достижения желаемой твердости и износостойкости. Однако аналогичные свойства материала могут быть получены путем добавления большего количества кубических карбидов. Наиболее устойчивые марки могут быть классифицированы как грубые (например, C5 или P50). Эти сорта обычно имеют средний размер частиц и высокое содержание кобальта, а количество добавленного кубического карбида также мало для достижения желаемой вязкости за счет ингибирования распространения трещины. В прерванном процессе поворота эффективность резания может быть дополнительно улучшена за счет использования богатого кобальтом сорта, имеющего более высокое содержание кобальта на поверхности резака.
Сплавы сплавов с низким содержанием карбида титана используются для обработки нержавеющей стали и ковкого чугуна, но могут также использоваться для обработки цветных металлов (таких как суперсплавы на основе никеля). Эти сорта обычно имеют размер зерна менее 1 мкм и содержание кобальта от 8% до 12%. Сорта с более высокой твердостью (например, M10) могут использоваться для обработки ковкого чугуна; марки с лучшей ударной вязкостью (например, M40) могут использоваться для фрезерования и строгания стали или для обработки нержавеющей стали или суперсплавов.
Сплавы карбида сплава также могут использоваться для неметаллической резки, прежде всего для изготовления износостойких деталей. Эти сорта обычно имеют размер частиц 1,2-2 мкм и содержание кобальта 7% -10%. При производстве этих сортов обычно добавляется большая доля переработанных материалов, что приводит к повышению экономической эффективности при применении изношенных деталей. Изношенные детали требуют хорошей коррозионной стойкости и высокой твердости. Эти марки могут быть получены путем добавления никеля и карбида хрома при производстве таких сортов.
Сплавы, содержащие вольфрам
Однако большей пластичности придает вольфраму рений, сохраняя остальные показатели на характерном ему высоком уровне. Но практическое применение таких соединений ограничено трудностями при добыче Re.
Поскольку вольфрам наиболее тугоплавкий материал, получить его сплавы трудно традиционным способом. При температуре плавления вольфрама другие металлы уже кипят или даже переходят в газообразную фазу. Современные технологии позволяют получать ряд сплавов с помощью электролиза. Например, вольфрам — никель — кобальт, который используется не для изготовления целых деталей, а с целью нанесения защитного слоя на менее прочные металлы.
Также в промышленности все еще остается актуальным способ получения вольфрамовых сплавов, используя методы порошковой металлургии. При этом требуется создание особых условий технологического процесса, который включает в себя наличие вакуума. Особенности взаимодействия металлов с вольфрамом делают предпочтительными соединения не парного характера, а с использованием 3, 4-х и более компонентов. Такие сплавы отличаются особенной твердостью, однако малейшее отклонение от процентного содержания того или иного элемента приводит к повышению хрупкости готового сплава.
Структура
Структура α-WC, атомы углерода серые. Существуют две формы WC: гексагональная форма α-WC ( hP2 , пространственная группа P 6 м2, № 187) и кубическая высокотемпературная форма β-WC, имеющая структуру каменной соли . Гексагональную форму можно представить себе как состоящую из простой гексагональной решетки атомов металла слоев, лежащих непосредственно друг над другом (т. Е. Не плотно упакованных), с атомами углерода, заполняющими половину пустот, придающих как вольфраму, так и углероду правильную тригонально-призматическую 6 координацию. . Из размеров элементарной ячейки можно определить следующие длины связей: расстояние между атомами вольфрама в гексагонально упакованном слое составляет 291 мкм, кратчайшее расстояние между атомами вольфрама в соседних слоях составляет 284 мкм, а длина углеродной связи вольфрама составляет 220 мкм. . Таким образом, длина связи вольфрам-углерод сравнима с одинарной связью в W ( CH 3 ) 6 (218 пм), в котором сильно искажена тригонально-призматическая координация вольфрама.
Молекулярный WC был исследован, и эта газовая фаза имеет длину связи 171 пм для 184 W 12 C .
Системы пневмотранспорта. База знаний
Каталог шиберных задвижек для систем пневмотраспорта сыпучих продуктов
Каталог шиберных задвижек на сайте PT-Systems включает в себя различные модели запорной арматуры для пневмотранспортных систем и трубопроводов. Здесь можно найти запоры с электрическим или механич…
В московской компании PT-Systems («ЭкоУниверсал») можно купить шиберную задвижку с любыми техническими характеристиками. Оформление заказа происходит в дистанционном режиме на сайте или по телефону…
Как и из чего производят встраиваемые переключатели потоков и другие приборы для пневмотранспорта в каталоге PT-Systems
В компании PT-Systems можно купить весовой дозатор сыпучих материалов, перекидные клапаны, шлюзовый затвор, распределители потоков и иное специализированное оборудование для пневмотранспортных сист…
Весовые дозаторы для упаковки сыпучих продуктов и разгрузочные станции для систем пневмотранспорта
Объемный или весовой дозатор для упаковки сыпучих продуктов – это многофункциональный аппарат, который способен одновременно выполнять сразу же несколько действий: дозировать, укомплектовывать, упа…
Особенности изготовления шлюзовых затворов и другой пневмотранспортной арматуры
Производство шлюзовых затворов и иной специализированной трубопроводной арматуры осуществляется с планомерным соблюдением требований национальных ГОСТов и технических регламентов.
…
Дозаторы, питатели и переключатели потоков в системах пневмотранспорта
В компании PT-Systems можно купить любое оборудование для пневмотранспортных установок: шлюзовые затворы, весовые дозаторы сыпучих продуктов, переключатели потока рабочей среды и т.д.
…
Как выбрать шнековый дозатор для систем пневмотранспорта сыпучих продуктов
Шнековые дозаторы сыпучих продуктов – это специальные агрегаты по выдаче порций конкретной величины в заданном промежутке времени.
Процедура дозирования может производиться по в…
Правильный выбор шиберных задвижек для сыпучих продуктов систем пневмотранспорта
Шиберные затворы из нержавеющей стали – это типовая трубопроводная арматура. Изделия используются для стандартного перекрытия рабочего потока среды во всевозможных промышленных системах.
…
Наноструктурированное CVD-покрытие из карбида вольфрама защитит от износа и коррозии
Наноструктурированное CVD-покрытие из карбида вольфрама ЗАЩИТИТ ОТ ИЗНОСА И КОРРОЗИИ
This paper was presented at Corrosion 2010 held on March 14-18, 2010 in San Antonio, Texas….
В интернет магазине PT-Systems можно купить дозатор сыпучих продуктов для любой системы пневмотранспорта. Фирма много лет работает на рынке Москвы и Московской обл…
Еще
Синтез
Карбид вольфрама получают реакцией вольфрам металл и углерод при 1400–2000 ° С. Другие методы включают запатентованный процесс с более низким температурным псевдоожиженным слоем, который реагирует либо на металлический вольфрам, либо на синий WO3 с CO /CO2 смесь и ЧАС2 от 900 до 1200 ° C.
Унитаз также можно производить путем отопления WO3 с графитом: непосредственно при 900 ° C или в водороде при 670 ° C с последующей науглероживанием в аргоне при 1000 ° C.Химическое осаждение из паровой фазы методы, которые были исследованы, включают:
реагируя гексахлорид вольфрама с водородом (как Восстановитель ) и метан (в качестве источника углерода) при 670 ° C (1238 ° F)
- WCl6 + ЧАС2 + CH4 → WC + 6 HCl
реагируя гексафторид вольфрама с водородом (в качестве восстановителя) и метанол (в качестве источника углерода) при 350 ° C (662 ° F)
- WF6 + 2 ЧАС2 + CH3ОЙ → WC + 6 ВЧ + ЧАС2О
Химические свойства
Карбид вольфрама является химически стойким соединением при комнатной температуре по отношению к серной, соляной, ортофосфорной, хлорной, щавелевой кислотам и смесям серной и фосфорной, серной и щавелевой кислот. Не растворяется в 10 % и 20 % растворах гидроксида натрия. Растворяется в кипящих серной, соляной, азотной, хлорной кислотах и в смесях серной и ортофосфорной, серной и азотной кислот. При комнатной температуре хорошо растворяется в азотной кислоте и в царской водке по реакциям
- WC + 10 HNO3 → τ WO3 ↓ + CO2 ↑ + 10 NO2 ↑ + 5 H2O
- WC + 4 HCl + 10 HNO3 ⟶ H2[WCl4O2] + 10 NO2 ↑ + 6 H2O + CO2 ↑
Также растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот.
Значительное окисление карбида вольфрама на воздухе начинается при 500−700 °C, а выше 800 °C полностью окисляется в связи с большой летучестью окисла вольфрама. Окисление вольфрама идет по реакции
- WC + 2 O2 ⟶ WO3 + CO
По этой же реакции карбид вольфрама горит в жидком кислороде, аналогично горит и алмаз.
Свойства
Рассматриваемое вещество представлено серым порошком в двух кристаллографических вариантах: с кубической (полукарбид) и гексагональной (монокарбид) решетками. Обе модификации встречаются в температурном диапазоне 2525 — 2755°С. Вторая фаза ввиду отсутствия области гомогенности при отклонении от стехиометрического состава образует графит или переходит в W2C, а при температуре более 2755°С разлагается до углерода и первой фазы. Последняя отличается обширной областью гомогенности, сокращающейся при снижении температуры.
Монокарбид вольфрама менее тверд в сравнении с полукарбидом, но способен формировать кристаллы. Второй вариант значительно более температуро- и износоустойчив. К тому же он способен к внедрению в твердые растворы.
Карбид вольфрама отличается хрупкостью, но под влиянием нагрузки проявляет пластичность полосами скольжения.
Кристаллы рассматриваемого вещества характеризуются анизотропией твердости от 13 до 22 ГПа на разных кристаллографических плоскостях.
Монокарбид имеет температуру плавления 2870°C, кипения — 6000°C. Его молярная теплоемкость равна 35,74 Дж/(моль-*К), теплопроводность — 29,33 кДж/моль. Плотность карбида вольфрама данного типа составляет 15,77 г/см3.
Несмотря на то, что температура плавления большая, термостойкость рассматриваемого материала низка. Это обусловлено отсутствием термического расширения ввиду жесткой структуры. При этом карбид вольфрама характеризуется высокой теплопроводностью. С повышением температуры данный параметр у монокарбида возрастает вдвое быстрее, чем у полукарбида.
Кольцо из карбида вольфрама
Рассматриваемые материалы имеют хорошую электропроводность, особенно полукарбид (в 4 раза выше, чем монокарбид). Удельное электросопротивление возрастает с повышением температуры, но при этом снижается упругость. Это обуславливает обрабатываемость электрофизическими методами. Так, при введении источника тепла в области обработки возрастает температура, способствуя размеренному разрушению структуры материала.
Твердость определяется температурой формирования карбидов в вольфрамовом порошке и (в меньшей степени) их пористостью. С ростом температуры увеличивается подвижность атомов составляющих соединения элементов, вследствие чего устраняются дефекты в зернах. Анизотропия параметров карбидов вольфрама меньше, чем для металлов. К тому же данные материалы отличаются наилучшей для тугоплавких металлов упругостью, которая увеличивается с ростом пористости. Однако пластичность низкая (до 0,015%).
Микроструктура карбида вольфрама
Карбид вольфрама характеризуется стойкостью к многим кислотам, а также их смесям при обычной температуре, но растворим в некоторых кислотах при кипении. Не подвержен растворению в 20% и 10% гидроксиде натрия. Ввиду высокой летучести оксида вольфрама начинает окисляться при 500 — 700°C и завершает окисление при более 800°C.
Наконец, ввиду химической инертности данное соединение нетоксично.
Область применения вольфрама
С помощью этого металла изготавливают нити накаливания, рентгеновские трубки, нагреватели, экраны вакуумных печей, предназначающихся для использования в высокотемпературном режиме.
Рентгеновская трубка с нитью из вольфрама
Сталь, легированная вольфрамом имеет высокие прочностные качества. Продукция из таких видов сплава используется для изготовления инструментов широкого предназначения: медицина, бурение скважин, изделия для обработки материалов в машиностроении (режущие пластины, как на фото выше). Преимуществом соединения считается устойчивость к истиранию, маловероятность появления трещин в процессе эксплуатации. Наиболее известная в строительстве марка стали с использованием вольфрама называется «победит».
Лом вольфрама
Химическая промышленность также нашла применение вольфраму. Из него делают краски, катализаторы, пигменты.
Атомная промышленность использует тигли из этого металла, а также специальные контейнера для хранения радиоактивных отходов.
О нанесении покрытий из вольфрама уже вкратце упоминалось. Оно применяется для нанесения на материалы, работающие при высоких температурах в восстановительных и нейтральных средах, как защитная пленка.
Также известны прутки, используемые при дуговой сварке. Поскольку вольфрам неизменно остается тугоплавким металлом при выполнении сварочных работ он используется с присадочными проволоками.
Получение
Существует несколько методов получения рассматриваемого соединения.
Первый — углеродное насыщение вольфрама. В результате на поверхности вольфрамовых частиц образуется монокарбид. Из него диффундирует углерод, формируя слой полукарбидного состава.
Для данных работ применяют вольфрамовый порошок и сажу. Данные материалы смешивают в определенном соотношении, наполняют ими, утрамбовывая, емкости и ставят в печь. Во избежание окисления операцию производят в водородной среде, так как в результате взаимодействия данного элемента с углеродом при 1300°С формируется ацетилен. Рассматриваемая технология предполагает формирование карбида вольфрама преимущественно за счет углерода. Температурный режим определяется гранулометрическим составом порошка. Так, для мелкозернистого используется температурный интервал 1300 — 1350°С, для крупнозернистого — 1600°С. Длительность выдержки равна 1 — 2 ч. В завершении получается карбид вольфрама, представленный немного спекшимися блоками.
Вольфрам
Второй вариант — углеродное восстановление вольфрамового оксида с карбидизацией. Данный метод предполагает совмещение карбидизации и восстановления. Процесс идет в среде CO и водорода.
Кроме того, карбид вольфрама получают из газовой фазы путем осаждения. Такое производство предполагает разложение при 1000°С карбонила вольфрама.
Восстановление вольфрамовых соединений с карбидизацией. Данную операцию осуществляют путем нагрева в водородной среде смеси паравольфрамата аммония либо вольфрамового ангидрида и вольфрамовой кислоты при 850 — 1000°С.
Наконец, выращивают кристаллы данного соединения из расплава. При этом используют смесь из Co и 40% монокарбида. Ее расплавляют при 1600°С в тигле из оксида алюминия. После гомогенизации температуру постепенно (1 — 3°С/мин) снижают до 1500°С и выдерживают 12 ч. Далее материал охлаждают и в кипящей соляной кислоте растворяют матрицу.
Кроме того, большие монокристаллы (до 1 см) выращивают по методу Чохральского.
