Введение к работе
Актуальность темы
Спеченные твердые сплавы представляют собой композиции из мелкозернистых тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала и пластичных металлов (кобальта или никеля), обладающих меньшей температурой плавления и выполняющих роль вязкой цементирующей адгезионной фазы. Высокая твердость, износостойкость и прочность определили их широкое применение в различных отраслях промышленности. Большую часть (66%) выпускаемых твердых сплавов в виде резцов, свёрл, фрез, разверток используют для оснащения инструментов в метало- и деревообрабатывающей промышленности, 27% - в виде резцов, шарошек, зубков идут для оснащения бурового инструмента и около 7% - в виде волок, матриц, пуансонов, наплавочных сплавов применяют для безстружковой обработки металлов, быстроизнашивающихся деталей машин, приборов, измерительного инструмента.
Актуальность темы диссертации по деструкции отработавших свой ресурс твердых сплавов, а также отходов производства и возврата карбида вольфрама и кобальта в производство обусловлена следующими причинами:
Отсутствием в Российской Федерации месторождений вольфрамовых руд с существенными запасами;
Монопольным владением отдельных стран в мире (главным образом Китая) большей частью вольфрамсодержащих руд.
Цель работы
Исследование и разработка альтернативного способа регенерации твердосплавного вторичного сырья, состоящего из процесса деструкции сплава газообразным цинком.
Методы исследования
Математические методы планирования эксперимента.
Математическое моделирование и оптимизация процессов.
Измерения напряженности магнитного поля.
Физико-химические методы измерения процессов диффузии цинка в твердом сплаве.
Наиболее существенные научные результаты работы
-
Предложен принципиально новый метод деструкции твердых сплавов, отличающийся тем, что вместо высокотемпературной экстракции кобальта из сплава жидким цинком используется газообразный цинк.
-
Предложена оценка механизма деструкции твердого сплава газообразным цинком, заключающаяся в диффузии цинка по границам карбида вольфрама с кобальтом, а затем и в самом кобальте.
-
Предложены математические модели (в виде уравнений регрессий) процессов деструкции сплава и дистилляции цинка из деструктированных материалов в вакууме.
-
Найдены значения энергии активации процесса диффузии в твердом сплаве (1,74 кДж/моль) и чистом кобальте (13,97 кДж/моль). Показано, что энергия активации и соответствующая ей скорость диффузии цинка в твердом сплаве соизмеримы с аналогичными параметрами цинка в водных растворах.
Практическая значимость
-
Разработан способ и аппараты для декомпозиции твердых сплавов газообразным цинком (пат. РФ: 2276193, 2277601 и 2341571).
-
По новой технологии процессы деструкции сплава и дистилляции цинка протекают со скоростью на порядок большей, чем по стандартной технологии, а удельный расход энергии снижается в 2 раз.
-
Новая технология не требует использования азота или аргона для предотвращения окисления цинка и сплава.
-
Результаты исследования могут быть использованы в промышленном масштабе на родственных предприятиях цветной металлургии РФ.
Положения, выносимые на защиту
1. Технология и аппаратура для деструкции твердых сплавов газообразным цинком.
2. Математические модели в виде регрессионных уравнений, связывающие зависимость степени деструкции твердого сплава от температуры сплава и газообразного цинка, длительности процесса, величины вакуума, коэрцитивной силы и коэффициента избытка цинка.
3. Математические модели в виде регрессионных уравнений, связывающие зависимость остаточного содержания цинка в продукте дистилляции от параметров: вакуума, температуры, длительности процесса, марки сплава.
Апробация работы
Основные положения диссертации прошли апробацию на 6 Международной конференции «Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий», научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ), расширенном заседании кафедры металлургии цветных металлов СКГМИ (ГТУ), а также в научных публикациях.
Публикации
