powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2014-3-38-48powder-85Research ArticleТугоплавкие, керамические и композиционные материалыRefractory, Ceramic, and Composite MaterialsТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ И НАНОРАЗМЕРНЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ WC–CoDevelopment Trends of Technology of Ultrafine and Nanosized Hard Alloys WC–Co The OverlookПановВ. С.PanovV. S.

докт. техн. наук, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий МИСиС 

zeinalova@rambler.ruЗайцевА. А.ZaitsevA. A.

канд. техн. наук, ст. преподаватель кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий МИСиС 

aazaitsev@bk.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, г. Москва, В-49, Ленинский пр-т, 4Russian Federation201427012015033848Copyright © НИТУ "МИСИС", 20142014НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/85

Рассмотрены основные методы производства порошков WC: быстрое карботермическое восстановление (RCR), «прокаливание – восстанов- ление – карбидизация» (CRC), восстановление оксида вольфрама углеродом во вращающихся печах, метод конверсионной сушки распыле- нием (SCP), синтез в волне горения (СВС), высокоэнергетический размол и др. Проанализировано влияние ингибиторов роста карбидного зерна на структуру твердых сплавов. По данным ряда авторов, оптимальное содержание ингибитора составляет 0,5–1,5 мас.%, при большем его количестве происходит охрупчивание сплава за счет образования сложных карбидных фаз. Показано, что наноразмерные твердые спла- вы (dWC < 100 нм) нельзя получить традиционным жидкофазным спеканием смесей – необходимо применение альтернативных твердофаз- ных методов консолидации. Рассмотрены структура, свойства и области применения субмикрометровых и наноразмерных твердых сплавов, полученных методами горячего прессования, высокочастотного индукционного прессования, электроразрядного спекания при плазменном нагреве под давлением (PPC), искрового плазменного спекания (SPS) и др. 

There were considered the main methods of powders WC production: rapid carbothermal reduction (RCR), «calcination – reduction – carbidization» (CRC), reduction of tungsten oxide by carbon at rotary furnace, method of spray conversion process (SCP), self-propagating high-temperature synthesis (SHS), high energy milling and others. There was made analysis of impact of growth inhibition for carbide grain on structure of hard alloys. According to the data of some authors, optimal content of inhibitor is equal to 0,5–1,5 mas.%; in the case of its large quantity has place brittleness of alloy by means of formation of complex carbide phases. There was demonstrated that is impossible obtain nanosized hard alloys (dWC < 100 nm) by means of traditional solid-state sintering of mixtures – it is need to use alternative solid phase consolidation. There was considered structure, properties and fields of application submicron and nano sized hard alloys, obtaining by means of hot pressing, high frequency induction pressing, electric discharge sintering during plasma pressure consolidation (PPC), spark plasma sintering (SPS) etc. 

нанопорошки WCспособы получения WCнаноразмерные твердые сплавытвердостьпрочностьвязкость разрушенияизносостойкостьnanopowders WCmethods of production of WCnanosized hard alloyshardnesslasting qualitycracking resistancewear strengthReferencesФальковский В. А., Клячко Л. И. Твердые сплавы. М.: Изд­во «Руда и металлы», 2005.Фальковский В. А., Клячко Л. И. Твердые сплавы. М.: Изд­во «Руда и металлы», 2005.Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Наноструктурные ма­териалы. М.: Академа, 2005.Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Наноструктурные ма­териалы. М.: Академа, 2005.Johnston G. P., Muenchausen R., Smith D. M. et al.// Amer. Ceram. Soc. 1992. Vol. 75, No 12. P. 3293.Johnston G. P., Muenchausen R., Smith D. M. et al.// Amer. Ceram. Soc. 1992. Vol. 75, No 12. P. 3293.Pat. 19852459 (GE). Verfahren zur Herstellung von Wolframkarbiden durch Gasphasenkarburierung / H. C. Starck, GmbH & Co KG. 2000.Pat. 19852459 (GE). Verfahren zur Herstellung von Wolframkarbiden durch Gasphasenkarburierung / H. C. Starck, GmbH & Co KG. 2000.Pat. 5352269 А (US) Mixing tungsten and cobalt compounds, drying to form homogeneous precursor powder, thermochemically converting in carburizing gas / L. E. McCandlish, B. H. Kear, S. J. Bhatia. 1994.Pat. 5352269 А (US) Mixing tungsten and cobalt compounds, drying to form homogeneous precursor powder, thermochemically converting in carburizing gas / L. E. McCandlish, B. H. Kear, S. J. Bhatia. 1994.Кудря Н. А., Фальковский В. А., Чистякова В. А. Выяснение возможности применения плазменно­го порошка вольфрама: Отчет No 19­8211­38. М.: ВНИИТС, 1983.Кудря Н. А., Фальковский В. А., Чистякова В. А. Выяснение возможности применения плазменно­го порошка вольфрама: Отчет No 19­8211­38. М.: ВНИИТС, 1983.Conner C. L. // Proc. 14­th Intern. Plansee Seminar. Austria: RWF Werbegesellschaft, 1997. P. 171.Conner C. L. // Proc. 14­th Intern. Plansee Seminar. Austria: RWF Werbegesellschaft, 1997. P. 171.McCandlish L. E., Seegopaul P. // Proc. Eur. Conf. Advances in Hard Materials Production. (Stockholm, Sweden. May 27–29, 1996). P. 93.McCandlish L. E., Seegopaul P. // Proc. Eur. Conf. Advances in Hard Materials Production. (Stockholm, Sweden. May 27–29, 1996). P. 93.Pat. 6524366 (US). Method of forming nanograin tungsten carbide and recycling tungsten carbide / P. Seegopaul, L. Gao. 2003.Pat. 6524366 (US). Method of forming nanograin tungsten carbide and recycling tungsten carbide / P. Seegopaul, L. Gao. 2003.Borovinskaya I. P., Ignat'eva T. I., Vershinnikov V. I., Sachkova N. V. // Inorganic Mater. 2004. Vol. 40, No 10. P. 1043.Borovinskaya I. P., Ignat'eva T. I., Vershinnikov V. I., Sachkova N. V. // Inorganic Mater. 2004. Vol. 40, No 10. P. 1043.Pat. 5919428 (US). Method of forming tungsten particles / L. Yao, B. H. Kear. 1999.Pat. 5919428 (US). Method of forming tungsten particles / L. Yao, B. H. Kear. 1999.Hojo J., Oku T., Kato A. // J. Less­Common Metal. 1978. Vol. 59, No 1. Р. 85.Hojo J., Oku T., Kato A. // J. Less­Common Metal. 1978. Vol. 59, No 1. Р. 85.Wan C-W., Chen B-S., Sohn H. Y. // J. Mater. Res. 1993. Vol. 8, No 10. Р. 2702.Wan C-W., Chen B-S., Sohn H. Y. // J. Mater. Res. 1993. Vol. 8, No 10. Р. 2702.Tang X., Haubner R., Lux B., Kieffer B. // J. Phys. IV. 1995. Vol. 5. Р. 1013.Tang X., Haubner R., Lux B., Kieffer B. // J. Phys. IV. 1995. Vol. 5. Р. 1013.Kim J. C., Kim B. K. // Scripta Mater. 2004. Vol. 50, No 7. Р. 969–972.Kim J. C., Kim B. K. // Scripta Mater. 2004. Vol. 50, No 7. Р. 969–972.Sohn H. Y., Ryu T., Hwang K. S., Fang Z. Z. // Proc. NTCA. 2004. Vol. 34, No 2. P. 533–537.Sohn H. Y., Ryu T., Hwang K. S., Fang Z. Z. // Proc. NTCA. 2004. Vol. 34, No 2. P. 533–537.Sohn H. Y., Ryu T., Choi J. W. et al. // Jom­Us. 2007. Vol. 59, No 12. Р. 44.Sohn H. Y., Ryu T., Choi J. W. et al. // Jom­Us. 2007. Vol. 59, No 12. Р. 44.Lin Sha, Lin Yang, Vang Ynibin et al. // Chin. Raze. Earth. Soc. 2003. Vol. 21, No 6. Р. 677.Lin Sha, Lin Yang, Vang Ynibin et al. // Chin. Raze. Earth. Soc. 2003. Vol. 21, No 6. Р. 677.Pat. 6511551 (US). Method of production WC/Co cemented carbide using grain growth inhibitor / B. K. Kim, G. G. Ha, Y. Woo, 2003.Pat. 6511551 (US). Method of production WC/Co cemented carbide using grain growth inhibitor / B. K. Kim, G. G. Ha, Y. Woo, 2003.El-Eskandarany M. S, Mahday A. A, Ahmed H. А. et al. // J. Alloy Compd. 2000. Vol. 312, No 1–2. Р. 315.El-Eskandarany M. S, Mahday A. A, Ahmed H. А. et al. // J. Alloy Compd. 2000. Vol. 312, No 1–2. Р. 315.Butler B. G, Lu J., Fang Z. G. Z. et al. // Int. J. Powder Metal. 2007. Vol. 43, No 1. Р. 35.Butler B. G, Lu J., Fang Z. G. Z. et al. // Int. J. Powder Metal. 2007. Vol. 43, No 1. Р. 35.Lee G., Ha G. H., Kim B. K. // J. Korean Inst. Metal Mater. 1999. Vol. 37, No 10. Р. 1233.Lee G., Ha G. H., Kim B. K. // J. Korean Inst. Metal Mater. 1999. Vol. 37, No 10. Р. 1233.Панов В. С., Чувилин А. М., Фальковский В. А. Техно­логия и свойства спеченных твердых сплавов. М.: Изд­во МИСиС, 2004.Панов В. С., Чувилин А. М., Фальковский В. А. Техно­логия и свойства спеченных твердых сплавов. М.: Изд­во МИСиС, 2004.Liu S. et al. // Proc. 16­th Plansee Seminar. Austria. May. 2005. Vol. 2. P. 353.Liu S. et al. // Proc. 16­th Plansee Seminar. Austria. May. 2005. Vol. 2. P. 353.Фальковский В. С. Инновации в технологии твердых сплавов: Нано­ и ультрадисперсные структуры. М.: МИТХТ, 2008.Фальковский В. С. Инновации в технологии твердых сплавов: Нано­ и ультрадисперсные структуры. М.: МИТХТ, 2008.Borovsky G. V., Annunciation J. V., Abramov A.V. et al. // Proc. 16­th Plansee Seminar. Austria. 2009. No 2. Р. 224–229.Borovsky G. V., Annunciation J. V., Abramov A.V. et al. // Proc. 16­th Plansee Seminar. Austria. 2009. No 2. Р. 224–229.Zak Fang, Xu Wang, Taigong Ryu // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2009. Vol. 27, No 2. P. 288.Zak Fang, Xu Wang, Taigong Ryu // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2009. Vol. 27, No 2. P. 288.Schubert W. D. //Proc. Inter. Conf. Tungsten Hard Metals and Refractory Alloys. Annapolis, USA: MD, 2000. Р. 13.Schubert W. D. //Proc. Inter. Conf. Tungsten Hard Metals and Refractory Alloys. Annapolis, USA: MD, 2000. Р. 13.Maheshwari P., Fang Z. G. Z., Sohn H. Y. // Int. J. Powder Metal. 2007. Vol. 43, No 2. Р. 41.Maheshwari P., Fang Z. G. Z., Sohn H. Y. // Int. J. Powder Metal. 2007. Vol. 43, No 2. Р. 41.Fang Z. Z., Eason J. W. // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 1995. Vol. 13, No 5. Р. 297.Fang Z. Z., Eason J. W. // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 1995. Vol. 13, No 5. Р. 297.McCandlish L. E., Kear B. H., Kim B. K. // Nanostruct. Mater. 1992. Vol. 1, No 2. Р. 119.McCandlish L. E., Kear B. H., Kim B. K. // Nanostruct. Mater. 1992. Vol. 1, No 2. Р. 119.Wang X., Fang Z. Z., Sohn H. Y. // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2008. Vol. 26, No 3. Р. 232.Wang X., Fang Z. Z., Sohn H. Y. // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2008. Vol. 26, No 3. Р. 232.I. Konyashin, B. Ries, F. Lachmann et al. // Ibid. Р. 583.I. Konyashin, B. Ries, F. Lachmann et al. // Ibid. Р. 583.Klyachko L. I. // Proc. 15­th Plansee Seminar. Austria. 2001. P. 203–207.Klyachko L. I. // Proc. 15­th Plansee Seminar. Austria. 2001. P. 203–207.Панов В. С. Теоретические основы прочности спеченных твердых сплавов. М.: Изд­во МИСиС, 2011. С. 82.Панов В. С. Теоретические основы прочности спеченных твердых сплавов. М.: Изд­во МИСиС, 2011. С. 82.Зайцев А. А., Вершинников В. И., Панов В. С. и др. // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2013. No 3. С. 21.Зайцев А. А., Вершинников В. И., Панов В. С. и др. // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2013. No 3. С. 21.Gille G., Szesny B., Dreyer K. et al. // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2002. Vol. 20, No 1. Р. 3.Gille G., Szesny B., Dreyer K. et al. // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2002. Vol. 20, No 1. Р. 3.Jia K., Fischer T. E., Gallois B. // Nanostruct. Mater. 1998. Vol. 10, No 5. Р. 875.Jia K., Fischer T. E., Gallois B. // Nanostruct. Mater. 1998. Vol. 10, No 5. Р. 875.Bartha L., Atato P., Toth A. L. et al. // J. Advanc. Mater. 2000. Vol. 32, No 3. Р. 23.Bartha L., Atato P., Toth A. L. et al. // J. Advanc. Mater. 2000. Vol. 32, No 3. Р. 23.Konner C. L. // Ibid. 2004. P. 171.Konner C. L. // Ibid. 2004. P. 171.Лисовский А. Ф. // Сверхтвердые материалы. 2011, No 4. С. 9.Лисовский А. Ф. // Сверхтвердые материалы. 2011, No 4. С. 9.Замулаева Е. И. Разработка наноструктурированных покрытий на основе WC–Co: Автореф. ... дис. канд. техн. наук М.: МИСиС, 2009.Замулаева Е. И. Разработка наноструктурированных покрытий на основе WC–Co: Автореф. ... дис. канд. техн. наук М.: МИСиС, 2009.Алымов М. И. // Рос. хим. журн. 2009. Т. 53, No 2. С. 111.Алымов М. И. // Рос. хим. журн. 2009. Т. 53, No 2. С. 111.Цветков Ю. В., Благовещенский Ю. В., Клячко Л. И. и др. // Сб. тр. 3­й Всерос. конф. по наноматериалам НАНО­2009 (Екатеринбург, апрель 2009 г.). С. 726–728.Цветков Ю. В., Благовещенский Ю. В., Клячко Л. И. и др. // Сб. тр. 3­й Всерос. конф. по наноматериалам НАНО­2009 (Екатеринбург, апрель 2009 г.). С. 726–728.Pat. 5773735 (US). Dense fine grained monotungsten carbidetransition metal cemented carbide body and preparation thereof / E. M. Dubensky, R. T. Nilsson, 1996.Pat. 5773735 (US). Dense fine grained monotungsten carbidetransition metal cemented carbide body and preparation thereof / E. M. Dubensky, R. T. Nilsson, 1996.Wang X., Fang Z., Sohn H. Y. // Proc. Intern. Conf. Powder Metallurgy & Particulate Materials. / Ed. J. Engquist. Denver, US, 2007. Р. 8–10.Wang X., Fang Z., Sohn H. Y. // Proc. Intern. Conf. Powder Metallurgy & Particulate Materials. / Ed. J. Engquist. Denver, US, 2007. Р. 8–10.Michalski A, Siemiaszko D. // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2007. Vol. 25 No 2. P. 153.Michalski A, Siemiaszko D. // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2007. Vol. 25 No 2. P. 153.Chuvildev V. N., Moskvicheva A.V., Blagoveshenskiy Y. V. et al. // Proc. 17­th Planzee Seminar. Austria. May. 2009. Vol. 2. P. 240.Chuvildev V. N., Moskvicheva A.V., Blagoveshenskiy Y. V. et al. // Proc. 17­th Planzee Seminar. Austria. May. 2009. Vol. 2. P. 240.Azcona I., Ordonez A., Sanchez J. M., Castro F. // J. Mater. Sci. 2002. Vol. 37, No 19. Р. 4189.Azcona I., Ordonez A., Sanchez J. M., Castro F. // J. Mater. Sci. 2002. Vol. 37, No 19. Р. 4189.Панов В. С., Шуменко В. Н. Технология и свойства спеченных твердых сплавов: Курс лекций. М.: Изд­ во МИСиС, 2013.Панов В. С., Шуменко В. Н. Технология и свойства спеченных твердых сплавов: Курс лекций. М.: Изд­ во МИСиС, 2013.Froschauer L., Fulrath R. M. Direct observation of liquid­ phase sintering in the system tungsten carbide­cobalt: Rep. No LBL­3189 (Oct. 1974). Lawrence Berkeley Laboratory, University of California, Berkeley, CA.Froschauer L., Fulrath R. M. Direct observation of liquid­ phase sintering in the system tungsten carbide­cobalt: Rep. No LBL­3189 (Oct. 1974). Lawrence Berkeley Laboratory, University of California, Berkeley, CA.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.