ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ WO3 ТИТАНОМ

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.

1. Kirchgassner M., Badisch E., Franek F. Be-haviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact. Wear Journal. 2008;265:772–779.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Metlitskii V.A. Flux-cored wires for arc weld-ing and surfacing of cast iron. Welding Inter-national. 2008;22:796–800.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Zhuk Yu. Super-Hard Wear-Resistant Coating Sys-tems. Materials Technology. 1999;14:126–129.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

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

17. Крюков 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.

18. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-12-950-956

19. Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплав-кие соединения. Москва: Металлургия, 1976:560.

20. Пацекин В.П., Рахимов К.З. Производство порошковой проволоки. Москва: Металлур-гия, 1979:80.

21. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Москва: Металлургия, 1975:584.

22. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Пато-на. Москва: Металлургия, 1974:768.

23. 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.

24. 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).