Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

НЕКОТОРЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВОЛЬФРАМА ИЗ ОКСИДА WO3 КРЕМНИЕМ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-6-481-485

Полный текст:

Аннотация

Практический интерес с целью ресурсосбережения представляет технология дуговой наплавки порошковой проволокой, в которой в качестве наполнителей используются оксид вольфрама WO3 и вещество (ферросилиций), содержащее восстановитель – кремний. В работе проведена термодинамическая оценка вероятности протекания в стандартных условиях девяти реакций по табличным термодинамическим данным реагентов в интервале температур 1500 – 3500 К. В числе реакций – реакции прямого восстановления оксида WO3 кремнием и реакции соединения вольфрама с кремнием с образованием силицидов вольфрама. В качестве возможных продуктов реакций рассматривались W, WSi2 , W5Si3 . Реакции восстановления оксида записывали на 1 моль O2 , а реакции соединения вольфрама с кремнием – на 1 моль W. Вероятность протекания реакций оценивали по стандартной энергии Гиббса реакций. В качестве стандартных для веществ-реагентов в интервале 1500 – 3500 К были выбраны состояния: W(тв) , WO3(тв, ж) с фазовым переходом при 1745 К, WSi2(тв, ж) с фазовым переходом при 2433 К, W5Si3(тв, ж) с фазовым переходом при 2623 К, Si(тв, ж) с фазовым переходом при 1690 К, SiO(г) , SiO2(тв, ж) с фазовым переходом при 1996 К. С целью оценки степени влияния на термодинамические свойства реакций возможного испарения в дуге оксида вольфрама WO3  рассчитывали термодинамические характеристики одной из реакций, в которой в качестве стандартного состояния в том же интервале температуры выбрано состояние WO3(г) . Термодинамический анализ показывает, что при восстановлении оксида WO3 наиболее вероятно образование силицидов WSi2 и W5Si3 , затем вольфрама. Термодинамическая вероятность образования этих же силицидов за счет реакций соединения вольфрама и кремния в стандартных состояниях оказывается существенно меньше. Восстановительная способность кремния в реакциях с образованием SiO2 с повышением температуры уменьшается, а в реакциях с образованием SiO, наоборот, увеличивается. Вследствие этого в рассматриваемой системе при высоких температурах расплава (более 2500 К) вероятно изменение состава газовой фазы за счет образования SiO. При температурах менее 1750 К шлаковая фаза может стать более кислой за счет образующегося оксида кремния SiO2 . Испарение WO3 в дуге увеличивает термодинамическую вероятность протекания реакций восстановления, но в большей степени при низкой температуре.

Об авторах

Ю. В. Бендре
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Кандидат химических наук, доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 



В. Ф. Горюшкин
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Доктор химических наук, профессор кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 



Р. Е. Крюков
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 



Н. А. Козырев
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой материаловедения, литейного и сварочного производства 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 



В. М. Шурупов
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Аспирант кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства 

(654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 



Список литературы

1. Klimpel A., Lisiecki A., Janicki D. / The study of properties of Ni- WC wires surfaced deposits // Proceedings of 13th international scientific conference on achievements on mechanical and material engineering. 16-19 may 2005. P. 299 – 302.

2. Patricio F. Mendez, Nairn Barnes, Kurtis Bell, Steven D. Borle, Satya S. Gajapathi, Stuart D. Guest, Hossein Izadi, Ata Kamyabi Gol, Gentry Wood. Welding processes for wear resistant overlays // J. of Manufacturing Processes. 2014. № 16. P. 4 – 25.

3. Zahmatkesh B., Enayati M.H. A novel approach for development of surface nanocomposite by friction stir processing // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 527. Р.6734 – 6740.

4. Morisada Y., Fujii H., Mizuno T., Abe G., Nagaoka T., Fukusumi M. Modification of thermally sprayed cemented carbide layer by friction stir processing // Surf. Coat. Technol. 2010. V. 204. Р. 2459 – 2464.

5. Badisch E., Kirchgabner M. Influence of welding parameters on microstructure and wear behaviour of a typical NiCrBSi hardfacing alloy reinforced with tungsten carbide // Surf. Coat. Technol. 2008. V. 202. Р. 6016 – 6022.

6. Azzoni M. Directions and developments in the types of hard phases to be applied in abrase deposits against abrasion // Welding Int. 2009. V. 23. Р. 706 – 716.

7. Klimpel A., Dobrzanski L.A., Janicki D., Lisiecki A. Abrasion resistance of GMA metal cored wires surfaced deposits // J. Mater. Process. Technol. 2005. V. 164 – 165. Р. 1056 – 1061.

8. Kirchgabner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact // Wear. 2008. V. 265. Р. 772 – 779.

9. Chang C-M., Chen Y-C., Wu W. Microstructural and abrasive characteristics of high carbon Fe–Cr–C hardfacing alloy // Tribol. Int. 2010. V. 43. P. 929 – 934.

10. Buchanan VE. Solidification and microstructural characterization of iron–chromium based hardfaced coatings deposited by SMAW and electric arc spraying // Surf. Coat. Technol. 2009. V. 203. P. 3638 – 3646.

11. Buchanan V.E., Shipway P.H., McCartney D. Microstructure and abrasive wear behaviour of shielded metal arc welding hardfacings used in the sugarcane industry // Wear. 2007. V. 263. 99 – 110.

12. Wang Q., Li X. Effects of Nb, V and W on microstructure and abrasion resistance of Fe–Cr–C hardfacing alloys //Weld. J. 2010. V. 89. P. 133 – 139.

13. Azimi G., Shamanian M. Effects of silicon content on the microstructure and corrosion behavior of Fe – Cr – C hardfacing alloys // J. Alloys Compd. 2010. V. 505. P. 598 – 603.

14. Mendez P. Modern technologies for the deposition of wear-resistant overlays. In: Weld overlay for wear protection // Edmonton: Canadian Welding Association. 2013

15. A study on the properties of the deposited metal by flux cored wires 40GMFR and 40H3G2MF/ A.I. Gusev, N.V. Kibko, N.A. Kozyrev, M.V. Popova, I.V. Osetkovsky // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. V. 150. P. 12 – 33.

16. New materials for welding and surfacing/ N.А. Kozyrev, G.V. Galevsky, R.Е. Kryukov, D.А. Titov, V.М. Shurupov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2016. V. 150. Р. 12 – 31.

17. On Quality of a Weld Bead Using Power Wire 35v9h3sf / N.A. Kozyrev, G.V. Galevskiy, D.A. Titov, D.E. Kolmogorov and D.E. Gusarov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016. V. 125. Р. 1 – 8: All-Russian Scientific and Practical Conference on Materials Treatment: Current Problems and Solutions, 26–28 November 2015, Yurga, Russia.

18. Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения. – М.: Металлургия, 1976. – 560 с.

19. Пацекин В.П., Рахимов К.З. Производство порошковой проволоки. – М.: Металлургия, 1979. – 80 с.

20. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Патона. – М.: Металлургия, 1974. – 768 с.

21. Козырев Н.А., Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Шурупов В.М., Козырева О.Е. Термодинамика реакций восстановления WO3 углеродом // Вестник СибГИУ. 2016. № 2 (16). С. 15 – 18.

22. Hansen M., Anderko K. Constitution of binary alloys. 2nd ed. – McGraw Hill, New York, 1958. – 1287 p.

23. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочник. Т. 1. Кн. 1 / Под ред. В.П. Глушко, Л.В. Гурвича и др. – М.: Наука, 1978. – 22 с.

24. NIST-JANAF Thermochemical Tables 1985. Version 1.0 [Электронный ресурс]: data compiled and evaluated by M.W. Chase, Jr., C.A. Davies, J.R. Dawney, Jr., D.J. Frurip, R.A. Mc Donald, and A.N. Syvernd. – Режим доступа: http://kinetics.nist.gov/janaf (дата обращения 25 декабря 2016).

25. Barin I., Knacke O., Kubaschewski O. Thermochemical Properties of Inorganic Substances. Supplement Heidelberg; N.Y., Berlin, Springer-Verlag, 1977, 861p.

26. Рузинов Л.П., Гуляницкий Б. С. Равновесные превращения металлургических реакций. – М.: Металлургия, 1975. – 416 с.


Для цитирования:


Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Крюков Р.Е., Козырев Н.А., Шурупов В.М. НЕКОТОРЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВОЛЬФРАМА ИЗ ОКСИДА WO3 КРЕМНИЕМ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2017;60(6):481-485. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-6-481-485

For citation:


Bendre Y.V., Goryushkin V.F., Kryukov R.E., Kozyrev N.A., Shurupov V.M. SOME THERMODYNAMIC ASPECTS OF WO3 RECOVERY BY SILICON. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(6):481-485. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-6-481-485

Просмотров: 199


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)