Способ получения нанодисперсного порошка карбида вольфрама

Изобретение относится к электрохимическому синтезу соединений вольфрама и может быть использовано для получения нанодисперсного чистого порошка карбида вольфрама, обладающего развитой поверхностью, электрокаталитическими свойствами. Электролиз расплава, содержащего, мол.%: вольфрамат лития 35,0-45,0, карбонат лития 15,0-20,0, вольфрамат натрия - остальное, ведут в открытых ваннах в гальваностатическом режиме при плотности катодного тока 2,5-7,5 А/см2. Обеспечивается возможность получения порошка с удельной поверхностью порошка 20,0-41,6 м2/г и высокая скорость синтеза целевого продукта.

 

Изобретение может быть использовано для получения нанодисперсного чистого порошка карбида вольфрама. Способ позволяет повысить дисперсность порошка, повышает скорость получения (синтеза) целевого продукта. Электролиз ведут при температуре 900°С, в качестве источника вольфрама используется вольфрамат лития, в качестве источника углерода используется карбонат лития, плотность тока 2,5-7,5 А/см2.

Изобретение относится к электрохимическому синтезу соединений вольфрама и может быть использовано для получения нанодисперсного чистого порошка карбида вольфрама, обладающего развитой поверхностью, электрокаталитическими свойствами. Карбид вольфрама применяется в качестве катализатора взамен платины в процессах органического синтеза, электрокаталитических процессах (электроокисление, электровосстановление водорода) в топливных элементах.

Известны способы получения карбида вольфрама электрохимическим синтезом из расплавленных электролитов [1-2].

Задачей, поставленной авторами, изобретения является повышение дисперсности порошка и повышение скорости синтеза целевого продукта.

Задача решается следующим образом.

Используется расплав для электрохимического синтеза карбида вольфрама, содержащий вольфрамат лития, карбонат лития и вольфрамат натрия при следующем соотношении компонентов, мол.%:

вольфрамат лития 35,0-45,0
карбонат лития 15-20
вольфрамат натрия Остальное.

Для осуществления электрохимического синтеза необходимо, чтобы потенциалы электровыделения углерода и вольфрама были равны или близки. Поэтому используется расплав, значения напряжения разложения карбоната и вольфрамата лития близки и происходит совместное электроосаждение углерода и вольфрама с образованием WC. Растворитель Na2WO4 выбран на том основании, что система Li2WO4-Na2WO4 является самой низкотемпературной оксидной системой для выделения металлического вольфрама на электроотрицательные подложки (никель).

Электролит готовят расплавлением в электропечи смеси вольфраматов натрия и лития в графитовом тигле. При достижении 700°С в расплав добавляют карбонат лития. По достижении рабочей температуры в расплав погружают электроды. Электролиз осуществляют в открытых ваннах в гальваностатическом режиме при плотности катодного тока 2,5-7,5 А/см2, температуре 900°С с графитовым анодом и при использовании в качестве катода никелевого стержня. Выход по току 85-90%.

Нанодисперсные порошки карбида вольфрама получаются при плотности тока 2,5-7,5 А/см2. При концентрации карбоната лития меньше 15 мол.% получаются карбид вольфрама, содержащий полукарбид вольфрама (W2C) и металлический вольфрам. Если концентрация карбоната лития более 20 мол.%, то в процессе электролиза наряду с карбидом получается свободный углерод.

Реакции, протекающие при электрохимическом синтезе, описываются следующими уравнениями:

на катоде:

процесс электрохимического восстановления анионов WO42-,

катионизированных ионами Li+, можно описать общей схемой:

на аноде:

Образование карбидов вольфрама происходит за счет атомарного взаимодействия вольфрама и углерода на катоде по реакции:

Пример 1. Процесс получения высокодисперсного порошка карбида вольфрама осуществляют в электролите, содержащем, мол.%: Na2WO4 50,0; Li2WO4 35,0; Li2CO3 15. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графит марки МПГ-7. Плотность тока 2,5 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают карбидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры карбидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой и раствором 1Н NH4OH. После чего порошок карбида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WC. Выход по току 85-90%. Удельная поверхность порошка 20,0-23,5 м2/г.

Пример 2. Процесс получения высокодисперсного порошка карбида вольфрама осуществляют в электролите, содержащем, мол.%: Na2WO4 42,5; Li2WO4 40,0; Li2CO3 17,5. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графит марки МПГ-7. Плотность тока 4,5 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 30 мин, после чего из расплава вынимают карбидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры карбидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой и раствором 1Н NH4OH. После чего порошок карбида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WC. Выход по току 85-90%. Удельная поверхность порошка, 25,0-29,5 м2/г.

Пример 3. Процесс получения высокодисперсного порошка карбида вольфрама осуществляют в электролите, содержащем, мол.%: Na2WO4 35,0; Li2WO4 45,0; Li2CO3 20. Температура 900°С. Катод -никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графит марки МПГ-7. Плотность тока 7,5 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 20 мин, после чего из расплава вынимают карбидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры карбидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой и раствором 1Н NH4OH. После чего порошок карбида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WC. Выход по току 85-90%. Удельная поверхность порошка 30,4-41,6 м2/г.

Технический результат изобретения заключается в возможности получения нанодисперсного порошка карбида вольфрама с удельной поверхностью порошка 20,0-41,6 м2/г и в повышении скорости получения (синтеза) целевого продукта в два раза (продолжительность электролиза 40-20 мин).

Литература.

1. Pat. 3589987 USA, jC3 B01k 1/00. Method of Electrolytic Preparation of Tungsten Carbide / I.Gomes, D.Barker. - Publ 29.06.71.

2. Pat. 4430170 USA, МКИ4 C25D 3/66. Electrodeposition of Refractory Metal Carbides K.H. Stem. - Publ. 07.02.84.

Способ получения нанодисперсного порошка карбида вольфрама, включающий электролиз расплава, содержащего вольфрамат натрия, вольфрамат лития, карбонат лития, отличающийся тем, что электролиз ведут при плотности тока 2,5-7,5 А/см2 и при следующем соотношении компонентов в расплаве, мол.%:

Вольфрамат лития 35,0-45,0
Карбонат лития 15,0-20,0
Вольфрамат натрия Остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрохимическому синтезу тугоплавких соединений вольфрама и может быть использовано для получения нанодисперсных твердосплавных композиций на основе карбида вольфрама и кобальта, обладающих высокими значениями температур плавления, твердости, прочности, упругости, химической инертностью.
Изобретение относится к способу получения состоящих из металлического титана или титанового сплава полуфабрикатов или готовых к использованию изделий. .

Изобретение относится к электролизу получения тугоплавких металлов или неметаллов в расплавленных средах. .
Изобретение относится к области электрохимического получения порошков металлов платиновой группы и может применяться для катализа в химической промышленности, электрохимической энергетике, микроэлектронике.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения порошка сурьмы. .

Изобретение относится к способам рафинирования хрома. .

Изобретение относится к оборудованию для испытания образцов в агрессивной среде. .

Изобретение относится к электрохимическому синтезу тугоплавких соединений вольфрама и может быть использовано для получения нанодисперсных твердосплавных композиций на основе карбида вольфрама и кобальта, обладающих высокими значениями температур плавления, твердости, прочности, упругости, химической инертностью.
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения монокарбида вольфрама различной дисперсности, используемых в производстве твердосплавных материалов на основе карбида вольфрама.

Изобретение относится к получению высокодисперсных тугоплавких карбидов, в том числе смешанных, покрытий и композитов на их основе при сравнительно низких температурах.

Изобретение относится к производству износостойких материалов, карбидов, нитридов используемых в композитных наплавочных покрытиях в качестве материала, препятствующего абразивному и ударному износу, например для наплавки на буровой инструмент - шарошки буровых долот, муфты обсадных труб и т.д.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к производству твердых сплавов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению карбида вольфрама, который имеет широкие области применения в качестве основного компонента для получения твердых сплавов, защитных высокотемпературных, эррозионно стойких и эмиссионных покрытий.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу переработки вольфрамсодержащего сырья на карбид вольфрама, и может быть использовано при получении защитных покрытий, в частности для электроискрового легирования поверхности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения карбида вольфрама-основной составляющей спеченных твердых сплавов. .

Изобретение относится к способам получения пироплавких неорганических соединений, в частности карбида молибдена и позволяет выделять целевой продукт в виде порошка однородного гранулометрического состава с дисперсностью частиц 1 - 3 мкм.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении защитных покрытий на метэллах . .

Изобретение относится к электрохимическому синтезу тугоплавких соединений вольфрама и может быть использовано для получения нанодисперсных твердосплавных композиций на основе карбида вольфрама и кобальта, обладающих высокими значениями температур плавления, твердости, прочности, упругости, химической инертностью.

Изобретение относится к электрохимическому синтезу соединений вольфрама и может быть использовано для получения нанодисперсного чистого порошка карбида вольфрама, обладающего развитой поверхностью, электрокаталитическими свойствами

Наверх