توليد درجاي كامپوزيت WC-Co در سيستم WO3- Co3O4- C به روش احياي كربوترميك

هدف از اين تحقيق بدست آوردن پودر كامپوزيت WC-Co از اكسيدهاي فلزي WO3 و Co3O4 به روش درجا و احياي كربوترميك است كه از كربن فعال به عنوان عامل احيا كننده استفاده شده است. در اين مطالعه پودر اكسيدهاي فلزي كبالت و تنگستن به همراه 17 درصد كربن (30 درصد اضافه بر مقدار استوكيومتري) در يك آسياي گلوله اي ماهواره اي، با گاز محافظ آرگون به مدت 20 ساعت مورد مخلوط سازي قرار گرفتند. نتايج DTA و TGA بر روي نمونه ي مخلوط پودري نشان مي دهد كه در دماي 1050 درجه ي سانتيگراد اكسيدها بطور كامل احيا شده و كاربيد تنگستن و كبالت شكل مي گيرند. نمونه هاي فشرده شده مورد عمليات احياي كربوترميك در دماي 1050 درجه ي سانتيگراد و به مدت زمان مختلف 1، 2 و 4 ساعت تحت لايه ي پوششي محافظ از مخلوط پودر كربن + آلومينا با نسبت 1 به 1 قرار گرفتند. طبق نتايج مطالعات پراش پرتوي ايكس، بهترين زمان نگهداري در كوره 4 ساعت است كه در اين شرايط واكنش هاي احيا و كربنيزه شدن تنگستن كامل مي شود. ارزيابي نمونه-هاي احيا شده در سه شرايط لايه ي محافظ مخلوط پودري آلومينا + كربن، لايه ي محافظ فويل نسوز فولادي و اتمسفر آرگون، نشان دهنده ي وجود اكسيدهاي احيا نشده و فازهاي اضافي در اتمسفر آرگون و لايه ي محافظ فويل نسوز در مقايسه با لايه ي محافظ مخلوط آلومينا + كربن مي باشد. نتايج اندازه گيري خواص فيزيكي و مكانيكي بر روي نمونه كامپوزيت زينتر شده در شرايط حرارت دهي با سرعتC/min5 تا دماي C 1500 و زمان نگهداري 2 ساعت تحت لايه ي محافظ آلومينا + كربن نشان دهنده كسب خواص(80 درصد= چگالي و 15/67GPa=سختي ، چقرمگي برابر GPam^1/2 8/1) كه قابل مقايسه با روش هاي پيشرفته و در عين حال پر هزينه مي باشد.

The aim of this investigation is obtaining WC-Co composite powder from WO3 and Co3O4 by in-situ and carbothermic reduction method using activated carbon as a reducing agent. In this study, cobalt and tungsten oxide powders with 17% carbon (30% more than stoichiometric value) were mixed by ball-milling under atmosphere of argon for 20 hours. Differential Thermal Analysis (DTA) and Thermal Gravimetric Analysis (TGA) results on powder mixture show complete reducing of oxides at 1050°C and forming cobalt carbide and tungsten carbide. Compact samples underwent carbothermic reduction at 1050 °C for different times of 1, 2 and 4 hours with protective layer of alumina and carbon powder mixture with ratio of 1:1. Based on X-Ray Diffraction (XRD) analyses, the best holding time in furnace is 4 hours, in which tungsten reduction and carbonization is completed. XRD evaluation of reduced compacted samples in three conditions of atmosphere protective layer of alumina and carbon powder mixture with ratio of 1:1, protective foil of refractory steel and argon, shows that unreduced oxides and extra phases are present in argon atmosphere and protective foil of steel but not in alumina and carbon mixture layer. The measurement results of physical and mechanical properties on the sintered composite sample in heating rate of 5 °C /min to temperature 1500 °C and the holding time of 2 hours under a shielding layer of alumina and carbon shows obtaining the optimal properties (Pr=80%, KIC=8.1 MPa , MHV=15.67GPa) comparable to that of advanced and costly methods.