Измельчение твёрдосплавных материалов

 

Важнейшим компонентом твердых сплавов является карбид вольфрама, WC. Карбид вольфрама является одной из самых твёрдых из известных ныне керамик (HRC около 90 единиц) — по твёрдости он сравним с алмазом. Кроме твёрдости, карбид вольфрама отличается высокой температурой плавления, износостойкостью. Плотность порядка 15,8 г/см³, температура плавления — 2870 °C, твёрдость по Роквеллу от 87 до 92 единиц, модуль упругости 608100 МПа.

Карбид вольфрама активно применяется в технике для изготовления инструментов, требующих высокой твёрдости и коррозионной стойкости. Этот материал находит применение в изготовлении различных резцов, абразивных дисков, свёрл, фрез, долот для бурения и другого режущего инструмента.

Результаты по измельчению карбида вольфрама (трудноизмельчаемого материала) характеризуют возможности планетарных мельниц.

Твердые сплавы содержат карбид вольфрама и кобальт в качестве связки. Содержание кобальта может составлять, например, 6, 8, 12 вес. %. Прогресс в изготовлении твердых сплавов связывают с возможностью получать очень тонкий порошок карбида вольфрама – с размером частиц менее 500 нм. В настоящее время на рынке имеются порошки карбида вольфрама с заявленными значениями удельной площади поверхности в 0,95-1,9 м2/г, что соответствует значениям среднего размера частиц в 200-400 нм. Производство таких порошков традиционными методами требует много времени и ресурсов.

В проекте «Активация» было предпринято супертонкое измельчение WC с целью сравнения возможностей планетарных мельниц различных производителей. Исходным порошком была смесь тонкого (2,25 м2/г) и субмикронного (0,85 м2/г) порошков карбида вольфрама.

Измельчения проводились в планетарной мельнице МПП-1 в компании ТТД при ускорении 28 g и в мельнице Retsch (Германия) в Институте Цветных Металлов в Польше при ускорении 26,8 g. Мельницы отличались соотношением скоростей вращения водила и барабанов вокруг собственной оси. Результаты измерений польских партнеров [1] представлены в таблице:

Время измельчения карбида вольфрама в лабораторных планетарных мельницах МПП-1 (ТТД) и Retsch, необходимое для достижения сравнимых удельной поверхности и эквивалентного размера частиц (рассчитанного по методу БЭТ) [1].

Планетарная мельница Удельная площадь поверхности, м2/г 
Время измельчения, мин
Эквивалентный размер частиц, нм 
Retsch 180 2,1 180
МПП-1 10 2,1 180
Retsch 900 3,1 120
МПП-1 30 3,3 115

Таким образом, в мельнице российского производителя целевая площадь поверхности (более 3 м2/г) и средний размер частиц в 120–180 нм достигается в 18–30 раз быстрее, чем в аналогичном лабораторном оборудовании компании Retch (Германия).

В рамках проекта «Активация» производилось также дробление и измельчение лома твердосплавных материалов – твердосплавных вставок, предоставленных греческими партнерами – компанией ПироГенезис.
Порошок, содержавший 40% регенерированного материала WC/Co (лома, подвергнутого дроблению в молотковой дробилке и измельченного в планетарной мельнице в компании ТТД), был использован для нанесения методами термического напыления твердосплавного покрытия на деталь двигателя.


Деталь двигателя с покрытием, нанесенным в компании
Пирогенезис (Греция) с использованием регенерированного
твердого сплава.


Литература.
1.Миссол В., Курыляк В. Отчет по проекту "Активация" 7-й Рамочной Программы, Институт Цветных Металлов, Польша, 2006.

2010 г.
В настоящее время из исходных порошков карбида вольфрама с удельной площадью поверхности 0.8-0.9 м2/г мы получаем путем измельчения в планетарной мельнице МПП-1 в течение 16 мин порошки, характеризуемые значением удельной площади поверхности в 4 м2/г, что соотвествует среднему размеру частиц, рассчитанному по методу БЭТ, в 95 нм.

 
Active-nano (Andrey V. Petrov)