vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2024-2(48)-79-84vsgiu-65Research ArticleРаздел 3. Металлургия и материаловедениеSection 3. Metallurgy and Materials ScienceТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ WO3 ТИТАНОМTHERMODYNAMIC ASPECTS OF RECOVERY WO3 TITANIUMhttps://orcid.org/0000-0002-7391-6816КозыревНиколай АнатольевичKozyrevNikolai A.

д.т.н., профессор, директор научного центра металлургических технологий

Dr. Sci. (Eng.), Prof., Director of the Scientific Center for Metallurgical Technologies

n.kozyrev@chermet.netБендреЮлия ВладимировнаBendreYuliya V.

к.х.н., доцент кафедрыметаллургии черных металлов и химической технологии

Cand. Sci. (Chem.), Associate Prof. of the Department of Ferrous Metallurgy and Chemical Technology

bendre@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1878-909XБащенкоЛюдмила ПетровнаBashchenkoLyudmila P.

к.т.н., доцент кафедры теплоэнергетики и экологии

Cand. Sci. (Eng.), Associate Prof. of the Department of Thermal Power Engineering and Ecology

luda.baschenko@gmail.comЖуковАндрей ВладимировичZhukovAndrei V.

аспирант кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Postgraduate student of the Department of Ferrous Metallurgy and Chemical Technology

svarka42@mail.ruШуруповВадим МихайловичShurupovVadim M.

аспирант кафедры металлургии черных металлов и химической технологии

Postgraduate student of the Department of Ferrous Metallurgy and Chemical Technology

shurupovvm@sgaz.proЦентральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. БардинаРоссияI.P. Bardin Central Research Institute of Ferrous MetallurgyRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202430062024027984Copyright © Козырев Н.А., Бендре Ю.В., Бащенко Л.П., Жуков А.В., Шурупов В.М., 20252025Козырев Н.А., Бендре Ю.В., Бащенко Л.П., Жуков А.В., Шурупов В.М.Kozyrev N., Bendre Y., Bashchenko L., Zhukov A., Shurupov V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/65

В работе рассмотрена эффективность применения технологии прямого легирования вольфрамом при наплавке под флюсом из порошковых проволок, содержащих в качестве наполнителя оксид вольфрама WO3 и восстановители. Показано, что при электродуговом разряде в процессе наплавки могут образовываться вольфрам и (или) химические соединения вольфрама (карбиды, силициды, бориды и другие соединения), в связи с этим возможно использование таких порошковых проволок. Проволоки были опробованы в лабораторных и полупромышленных условиях. Настоящая работа посвящена термодинамической оценке возможности восстановления оксида вольфрама WO3 титаном. Проведены термодинамические расчеты реакций восстановления оксида вольфрама WO3 с использованием титана до температуры 3000 К в стандартных условиях с получением вольфрама и оксидов титана TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, TiO2. Необходимые для оценки восстановительных свойств термодинамические характеристики реакций в стандартных условиях [∆rН°(Т), ∆rS°(Т), ∆rG°(Т)] для веществ в кристаллическом и жидком состояниях рассчитаны в температурном интервале сварочной дуги 1500 – 6000 К по термодинамическим свойствам [[Н°(Т) – Н°(298,15 К)], S°(Т), ∆fH°(298,15 К)] реагентов WO3, W, Ti, TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, TiO2. В результате проведенного термодинамического анализа по термодинамическим характеристикам реакций определено, что в результате восстановления WO3 титаном до температуры 2100 К термодинамически наиболее вероятно получение оксида TiO2, при температуре выше 2100 К наиболее вероятно образование оксида Ti4O7. Термодинамически наименее вероятно образование оксидов TiO, Ti2O3, Ti3O5.

The paper considers the effectiveness of the technology of direct alloying with tungsten in submerged welding of powdered wires containing WO3 tungsten oxide and reducing agents as a filler. It is shown that during electric arc discharge, tungsten and (or) chemical compounds of tungsten (carbides, silicides, borides and other compounds) can be formed during the surfacing process. In this regard, it is possible to use such powder wires: they have been tested in laboratory and semi-industrial conditions. This work is devoted to the thermodynamic assessment of the possibility of reducing tungsten oxide WO3 with titanium. Thermodynamic calculations of reactions of recovery of tungsten oxide WO3 using titanium to a temperature of 3000 K under standard conditions were carried out to obtain tungsten and titanium oxides TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, TiO2.. The thermodynamic characteristics of reactions necessary for the assessment of reducing properties under standard conditions [∆rН°(Т), ∆rS°(Т), ∆rG°(Т)] for substances in crystalline and liquid states are calculated in the temperature interval of the welding arc 1500 – 6000 K according to thermodynamic properties свойствам [[Н°(Т) – Н°(298.15 K)], S°(Т), ∆fH°(298.15 K)] reagents WO3, W, Ti, TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, TiO2. As a result of the thermodynamic analysis of the thermodynamic characteristics of the reactions, it was determined that as a result of the reduction of WO3 by titanium to a temperature of 2100 K, the production of TiO2 is thermodynamically most likely, at temperatures above 2100 K, the formation of Ti4O7 is most likely. Thermodynamically, the production of TiO, Ti2O3, and Ti3O5 oxides is the least likely.

термодинамикавосстановлениеоксид вольфраматитаннеметаллические включенияthermodynamicsreductiontungsten oxidetitaniumnon-metallic inclusionsReferencesKirchgassner M., Badisch E., Franek F. Be-haviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact. Wear Journal. 2008;265:772–779.Kirchgassner M., Badisch E., Franek F. Be-haviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact. Wear Journal. 2008;265:772–779.Azzoni M. Directions and developments in the types of hard phases to be applied in abrase deposits against abrasion. Weld Interna-tional. 2009;23:706–716.Azzoni M. Directions and developments in the types of hard phases to be applied in abrase deposits against abrasion. Weld Interna-tional. 2009;23:706–716.Klimpel A., Dobrzanski L.A., Janicki D., Lisiecki A. Abrasion resistance of GMA metal cored wires surfaced deposits. Materials Pro-cessing Technology. 2005;164-165:1056–1061.Klimpel A., Dobrzanski L.A., Janicki D., Lisiecki A. Abrasion resistance of GMA metal cored wires surfaced deposits. Materials Pro-cessing Technology. 2005;164-165:1056–1061.Wang Q., Li X. Effects of Nb, V, and W on micro-structure and abrasion resistance of Fe–Cr–C hardfac-ing alloys. Welding. 2010;89:133–139.Wang Q., Li X. Effects of Nb, V, and W on microstructure and abrasion resistance of Fe–Cr–C hardfacing alloys. Welding. 2010;89:133–139.Metlitskii V.A. Flux-cored wires for arc weld-ing and surfacing of cast iron. Welding Inter-national. 2008;22:796–800.Metlitskii V.A. Flux-cored wires for arc weld-ing and surfacing of cast iron. Welding Inter-national. 2008;22:796–800.Kejžar R., Grum J. Hardfacing of wear-resistant deposits by MAG welding with a flux-cored wire having graphite in its filling. Welding International. 2005;20:961–976.Kejžar R., Grum J. Hardfacing of Wear-Resistant Deposits by MAG Welding with a Flux-Cored Wire Having Graphite in Its Fill-ing. Welding International. 2005;20:961–976.Li R., He D.Y., Zhou Z., Wang Z.J., Song X.Y. Wear and high temperature oxidation behavior of wire arc sprayed iron based coat-ings. Surface Engineering. 2014;30:784–790.Li R., He D.Y., Zhou Z., Wang Z.J., Song X.Y. Wear and high temperature oxidation behavior of wire arc sprayed iron based coat-ings. Surface Engineering. 2014;30:784–790.Ma H.R., Chen X.Y., Li J.W., Chang C.T., Wang G., Li H., Wang X.M., Li R.W. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance. Surface Engineering. 2016;46:1–7.Ma H.R., Chen X.Y., Li J.W., Chang C.T., Wang G., Li H., Wang X.M., Li R.W. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance. Surface Engineering. 2016;46:1–7.Filippov M.A., Shumyakov V.I., Balin S.A., Zhilin A.S., Lehchilo V.V., Rimer G.A. Struc-ture and wear resistance of deposited alloys based on metastable chromium-carbon austen-ite. Welding International. 2015;29:819–822.Filippov M.A., Shumyakov V.I., Balin S.A., Zhilin A.S., Lehchilo V.V., Rimer G.A. Struc-ture and wear resistance of deposited alloys based on metastable chromium-carbon austen-ite. Welding International. 2015;29:819–822.Liu D.S., Liu R.P., Wei Y.H. Influence of tungsten on microstructure and wear re-sistance of iron base hardfacing alloy. Materi-als Science and Technology. 2014;30(3):316–322.Liu D.S., Liu R.P., Wei Y.H. Influence of tungsten on microstructure and wear re-sistance of iron base hardfacing alloy. Materi-als Science and Technology. 2014;30(3):316–322.Lim S.C., Gupta M., Goh Y.S., Seow K.C. Wear re-sistant WC–Co composite hard coatings. Surface Engineering. 1997;13(3):247–250.Lim S.C., Gupta M., Goh Y.S., Seow K.C. Wear re-sistant WC–Co composite hard coatings. Surface En-gineering. 1997;13(3):247–250.Zhuk Yu. Super-Hard Wear-Resistant Coating Sys-tems. Materials Technology. 1999;14:126–129.Zhuk Yu. Super-Hard Wear-Resistant Coating Sys-tems. Materials Technology. 1999;14:126–129.Hardell J., Yousfi A., Lund M., Pelcastre L., Prakash B. Abrasive wear behaviour of hard-ened high strength boron steel. Tribology – Materials, Surfaces & Interfaces. 2014;8(2):90–97.Hardell J., Yousfi A., Lund M., Pelcastre L., Prakash B. Abrasive wear behaviour of hard-ened high strength boron steel. Tribology – Materials, Surfaces & Interfaces. 2014;8(2):90–97.Deng X.T., Fu T.L., Wang Z.D., Misra R.D.K., Wang G.D. Epsilon carbide precipita-tion and wear behaviour of low alloy wear re-sistant steels. Materials Science and Technolo-gy. 2016;32(4):320–327.Deng X.T., Fu T.L., Wang Z.D., Misra R.D.K., Wang G.D. Epsilon carbide precipita-tion and wear behaviour of low alloy wear re-sistant steels. Materials Science and Technolo-gy. 2016;32(4):320–327.Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Крюков Р.Е., Козырев Н.А., Шурупов В.М. Некоторые термодинамические аспекты восстановле-ния вольфрама из оксида WO3 кремнием. Известия вузов. Черная Металлургия. 2017;60(6):481–485. EDN: YTPPDN.Bendre Yu.V., Goryushkin V.F., Kryukov R.E., Kozyrev N.A., Shurupov V.M. Some thermodynamic aspects of the reduction of tungsten from WO3 oxide by silicon. Izvestiya. Ferrous metallurgy. 2017;60(6):481–485. (In Russ.). EDN: YTPPDN.https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-6-481-485https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-6-481-485Крюков Р.Е., Горюшкин В.Ф., Бендре Ю.В., Бащенко Л.П., Козырев Н.А. Некоторые термодинамические аспекты восстановле-ния Cr2O3 углеродом. Известия вузов. Чер-ная Металлургия. 2019;62(12):950–956. EDN: ZAWJMT.Kryukov R.E., Goryushkin V.F., Bendre Yu.V., Bashchenko L.P., Kozyrev N.A. Some ther-modynamic aspects of Cr2O3 reduction by car-bon Izvestiya. Ferrous metallurgy. 2019;62(12):950–956. (In Russ.). EDN: ZAWJMT; https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-12-950-956https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-12-950-956Samsonov G.V., Vinnitsky I.M. Refractory compounds. Moscow: Metallurgiya, 1976:560. (In Russ.).Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплав-кие соединения. Москва: Металлургия, 1976:560.Patsekin V.P., Rakhimov K.Z. Production of powder wire. Moscow: Metallurgy,1979:80. (In Russ.).Пацекин В.П., Рахимов К.З. Производство порошковой проволоки. Москва: Металлур-гия, 1979:80.Geller Yu.A. Tool steels. Moscow: Metallurgy, 1975:584. (In Russ.).Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Москва: Металлургия, 1975:584.Technology of electric welding of metals and alloys by melting / B.E. Paton ed. Moscow: Metallurgy,1974:768. (In Russ.).Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Пато-на. Москва: Металлургия, 1974:768.Thermodynamic properties of individual sub-stances: Handbook. Vol. 1. Book 1 / V.P. Glushko, L.V. Gurvich, I.V. Veits et al. eds. Moscow: Nauka, 1978:440. (In Russ.).Термодинамические свойства индивидуаль-ных веществ. Справочник. Т. 1. Кн. 1 / Под ред. В.П. Глушко, Л.В. Гурвич, И.В. Вейц и др. Москва: Наука, 1978:440.NIST-JANAF Thermochemical Tables 1985. Version 1.0. M.W. Chase, C.A. Davies, J.R. Dawney, D.J. Frurip, R.A. Mc Donald, A.N. Syvernd. Avaible at URL: http://kinetics.nist.gov/janaf (Accessed: 02.02.2024).NIST-JANAF Thermochemical Tables 1985. Version 1.0 [Электронный ре-сурс]: data compiled and evaluated by M.W. Chase, C.A. Davies, J.R. Dawney, D.J. Frurip, R.A. Mc Donald, A.N. Syvernd. URL: http://kinetics.nist.gov/janaf (дата обраще-ния: 02.02.2024).NIST-JANAF Thermochemical Tables 1985. Version 1.0 [Электронный ре-сурс]: data compiled and evaluated by M.W. Chase, C.A. Davies, J.R. Dawney, D.J. Frurip, R.A. Mc Donald, A.N. Syvernd. URL: http://kinetics.nist.gov/janaf (дата обраще-ния: 02.02.2024).

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