Procédé pour la fabrication d'un carbure double. La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'un nouveau carbure double consistant à faire réagir du tungstène, ,du titane et du carbone les uns avec les autres, de façon à réaliser un composé ayant ses éléments combinés dans la propor tion d'une atome de tungstène, d'un atome de titane et de deux atomes de carbone, le car bure double renfermant environ 71,9 % de tungstène, environ 18,7 % de titane et en viron 9,4 % de carbone.
Un carbure double de ce genre, qui chimiquement a la constitu tion WM, est extrêmement dur et de brande valeur et de grande utilité comme matière pour la fabrication métallurgique de compositions dures en vue de produire dans celles-ci une grande dureté combinée avec une grande résistance ainsi qu'une faible conduc- tibilité thermique et d'autres caractéristiques qui permettent aux compositions dures faites au moyen @de ce carbure double d'avoir une grande utilité et une grande durabilité lors- qu'on les emploie comme pointes coupantes pour la coupe des métaux à grandes vitesses e1:
dans l'emploi comme filières ou étampes et dans l'emploi pour fournir des surfaces résistant à la corrosion et pour d'autres utili sations analogues.
Ledit carbure double peut être préparé par chauffage de tungstène ou d'une sub stance rendant du tungstène, telle que l'oxyde de tungstène, ou d'alliage de tungstène, avec du titane ou une substance rendant du titane, telle que l'oxyde de titane, en présence de carbone, dans un métal fondu servant de dissolvant ou de liant, pour lequel le nickel a été trouvé préférable, le composé étant alors facilement séparable, par des moyens chimi ques et mécaniques, de la masse résultante.
On a de même préparé ce carbure double, de façon répétée, en employant comme métal dissolvant du cobalt fondu ou un mélange fondu de cobalt et de nickel, et il est pro bable que des métaux dissolvants autres que
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le <SEP> nickel <SEP> et <SEP> le <SEP> cobalt <SEP> peuvent <SEP> être <SEP> employés.
<tb> Toutefois <SEP> à <SEP> cause <SEP> du <SEP> faible <SEP> prix <SEP> et <SEP> de <SEP> la.
<tb> facilité <SEP> de <SEP> son <SEP> enlèvement, <SEP> on <SEP> considère <SEP> l'em ploi <SEP> de <SEP> nickel <SEP> comme <SEP> étant <SEP> préférable <SEP> a.u
<tb> point <SEP> de <SEP> vue <SEP> commercial.
<SEP> La <SEP> quantité <SEP> de <SEP> métal
<tb> ou <SEP> de <SEP> métaux <SEP> dissolvants <SEP> peut <SEP> varier <SEP> large ment <SEP> à <SEP> partir <SEP> d'une <SEP> valeur <SEP> effective <SEP> jusqu'à.
<tb> une <SEP> quantité <SEP> dépassant <SEP> considérablement <SEP> la
<tb> teneur <SEP> en <SEP> tungstène, <SEP> et <SEP> on <SEP> a <SEP> trouvé <SEP> que <SEP> l'em ploi <SEP> de <SEP> nickel <SEP> ou <SEP> de <SEP> cobalt <SEP> en <SEP> quantité <SEP> ap proximativement <SEP> égale <SEP> à <SEP> la <SEP> quantité <SEP> de <SEP> turig sténe. <SEP> donne <SEP> les <SEP> meilleurs <SEP> résultats <SEP> au <SEP> point
<tb> de <SEP> vue <SEP> industriel. <SEP> Si <SEP> l'on <SEP> emploie <SEP> seulement
<tb> une <SEP> petite <SEP> quantité <SEP> de <SEP> métal <SEP> dissolvant, <SEP> il
<tb> devra.
<SEP> agir <SEP> par <SEP> la <SEP> mise <SEP> en <SEP> solution <SEP> d'un <SEP> peu
<tb> de <SEP> tungstène <SEP> et <SEP> du <SEP> titane <SEP> à <SEP> la <SEP> fois, <SEP> ces <SEP> métaux
<tb> dissous <SEP> se <SEP> combinant <SEP> apparemment <SEP> en <SEP> solution
<tb> pour <SEP> former <SEP> 'le <SEP> carbure, <SEP> en <SEP> mettant <SEP> ainsi <SEP> en
<tb> liberté <SEP> le <SEP> métal <SEP> dissolvant <SEP> de <SEP> telle <SEP> façon
<tb> qu'il <SEP> est <SEP> -disponible <SEP> pour <SEP> dissoudre <SEP> une <SEP> nou velle <SEP> quantité <SEP> de <SEP> tungstène <SEP> et <SEP> de <SEP> titane.
<tb> Comme <SEP> c'est <SEP> évident,
<SEP> le <SEP> temps <SEP> nécessaire <SEP> pour
<tb> achever <SEP> la <SEP> réaction <SEP> dans <SEP> ces <SEP> circonstances <SEP> est
<tb> prolongé <SEP> de <SEP> façon <SEP> excessive.
<tb> Dans <SEP> un <SEP> exemple <SEP> de <SEP> réalisation <SEP> du <SEP> pro cédé <SEP> de <SEP> production <SEP> du <SEP> carbure <SEP> double, <SEP> les <SEP> in grédients <SEP> tungstène, <SEP> titane <SEP> et <SEP> métal <SEP> dissolvant
<tb> sont <SEP> chauffés, <SEP> -de <SEP> préférence <SEP> dans <SEP> un <SEP> creuset
<tb> en <SEP> graphite, <SEP> pendant <SEP> une <SEP> période <SEP> d'environ
<tb> 5 <SEP> heures <SEP> à.
<SEP> une <SEP> température <SEP> supérieure <SEP> à
<tb> <B>1600'</B> <SEP> C <SEP> et <SEP> de <SEP> préférence <SEP> voisine <SEP> de <SEP> 2100' <SEP> C.
<tb> On <SEP> a, <SEP> par <SEP> exemple, <SEP> employé <SEP> des <SEP> lingots <SEP> de
<tb> métal <SEP> tungstène <SEP> avec <SEP> des <SEP> barres <SEP> de. <SEP> nickel <SEP> du
<tb> commerce, <SEP> avec <SEP> de <SEP> l'oxyde <SEP> de <SEP> titane <SEP> et. <SEP> des
<tb> copeaux <SEP> -de <SEP> graphite, <SEP> le <SEP> @ <SEP> tout <SEP> étant <SEP> placé <SEP> en semble <SEP> dans <SEP> le <SEP> creuset <SEP> en <SEP> graphite. <SEP> On <SEP> petit
<tb> aussi <SEP> incorporer <SEP> -le <SEP> tungstène <SEP> sous <SEP> la <SEP> forme
<tb> de <SEP> WO.;
<SEP> dans <SEP> le <SEP> bain <SEP> fondu, <SEP> avec <SEP> d'aussi <SEP> bons
<tb> résultats.
<tb> On <SEP> a, <SEP> trouvé <SEP> recommandable <SEP> de <SEP> méla,ngei
<tb> aux <SEP> autres <SEP> matières <SEP> des <SEP> copeaux <SEP> ou <SEP> des <SEP> tour nures <SEP> de <SEP> graphite <SEP> en <SEP> quantité <SEP> constituant <SEP> en viron <SEP> â% <SEP> des <SEP> matières <SEP> tungstène <SEP> et <SEP> titane
<tb> combinées. <SEP> La.
<SEP> masse <SEP> résultant <SEP> de <SEP> l'opération
<tb> de <SEP> chauffage <SEP> peut <SEP> alors <SEP> être <SEP> broyée <SEP> après
<tb> refroidissement, <SEP> être <SEP> traitée <SEP> par <SEP> des <SEP> solution
<tb> aqueuses <SEP> d'acide <SEP> chlorhydrique <SEP> et <SEP> par <SEP> une
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petite <SEP> quantité <SEP> d'acide <SEP> nitrique <SEP> aux <SEP> tempé ratures <SEP> d'ébullition, <SEP> ou <SEP> par <SEP> des <SEP> solutions
<tb> acides <SEP> oxydantes <SEP> analogues, <SEP> telles <SEP> que <SEP> l'acide
<tb> chlorhydrique <SEP> auquel <SEP> on <SEP> a <SEP> ajout <SEP> du <SEP> per ehlorate <SEP> de <SEP> potassium;
<SEP> elle <SEP> peut <SEP> être <SEP> traitée
<tb> ensuite <SEP> par <SEP> de <SEP> l'ammoniaque <SEP> ou <SEP> d'autres <SEP> solu tions <SEP> d'hydroxyde <SEP> pour <SEP> enlever <SEP> du <SEP> WO..,. <SEP> être
<tb> traitée <SEP> à. <SEP> nouveau <SEP> par <SEP> de <SEP> .l'eau <SEP> régale <SEP> ou <SEP> par
<tb> d'autres <SEP> solutions <SEP> acides <SEP> oxydantes <SEP> pour <SEP> dis soudre <SEP> le <SEP> nickel, <SEP> et <SEP> être <SEP> traitée <SEP> à <SEP> nouveau <SEP> par
<tb> des <SEP> solutions <SEP> d'hydroxyde <SEP> pour <SEP> dissoudre <SEP> tout
<tb> W0., <SEP> restant.
<SEP> Dans <SEP> différentes <SEP> phases <SEP> pen dant <SEP> ces <SEP> traitements, <SEP> la <SEP> matière <SEP> pulvérulente
<tb> est <SEP> soumise <SEP> à <SEP> une <SEP> concentration <SEP> mécanique.
<tb> par <SEP> exemple <SEP> dans <SEP> une <SEP> bassine, <SEP> ou <SEP> par <SEP> con centration <SEP> par <SEP> la <SEP> pesanteur <SEP> comme <SEP> sur <SEP> une
<tb> table <SEP> de <SEP> Wilfley, <SEP> pour <SEP> enlever <SEP> le <SEP> graphite
<tb> libre <SEP> et <SEP> les <SEP> particules <SEP> des <SEP> impuretés <SEP> légères.
<tb> Les <SEP> particules <SEP> restant <SEP> après <SEP> cette <SEP> séparation
<tb> chimique <SEP> et <SEP> mécanique <SEP> ont <SEP> une <SEP> couleur <SEP> grise
<tb> et. <SEP> présentent <SEP> un <SEP> éclat <SEP> métallique. <SEP> Ces <SEP> parti cules <SEP> peuvent. <SEP> être <SEP> traitées <SEP> ensuite.
<SEP> de <SEP> préfé rence <SEP> dans <SEP> des <SEP> plats <SEP> en <SEP> platine, <SEP> par <SEP> des <SEP> solu tions <SEP> fortes <SEP> d'acide <SEP> fluorhydrique. <SEP> à <SEP> une
<tb> température <SEP> allant <SEP> jusqu'au <SEP> point. <SEP> d'ébullition,
<tb> pour <SEP> dissoudre <SEP> les <SEP> sousoxydes <SEP> ou <SEP> les <SEP> oxydes
<tb> bleus <SEP> de <SEP> tungstène <SEP> tels <SEP> que <SEP> W0, <SEP> et <SEP> d'autres
<tb> impuretés <SEP> éventuelles. <SEP> La <SEP> solution <SEP> d'acide
<tb> fluorhydrique <SEP> sera <SEP> enlevée <SEP> par <SEP> des <SEP> lavages
<tb> répétés <SEP> et, <SEP> par <SEP> décantation, <SEP> les <SEP> particules
<tb> restantes <SEP> seront <SEP> concentrées <SEP> avec <SEP> soin <SEP> dans
<tb> une <SEP> bassine <SEP> ou <SEP> autrement.
<SEP> par <SEP> exemple <SEP> sui vant <SEP> le <SEP> principe <SEP> de <SEP> la <SEP> pesanteur, <SEP> et <SEP> seront
<tb> séchées, <SEP> les <SEP> particules <SEP> restantes <SEP> étant <SEP> de <SEP> cou leur <SEP> grise <SEP> avec <SEP> 'Lui <SEP> fort <SEP> éclat <SEP> métallique <SEP> et
<tb> ayant <SEP> des <SEP> dimensions <SEP> en <SEP> moyenne <SEP> plus <SEP> gran des <SEP> que <SEP> (1,(11 <SEP> mm <SEP> dans <SEP> la <SEP> direction <SEP> de <SEP> section
<tb> transversale <SEP> la <SEP> plus <SEP> grande;
<SEP> après <SEP> fracture,
<tb> elles <SEP> forment <SEP> des <SEP> particules <SEP> ayant <SEP> des <SEP> sur faces <SEP> en <SEP> principe <SEP> conchoïdales.
<tb> Comme <SEP> exemple <SEP> particulier <SEP> du <SEP> procédé
<tb> pour <SEP> la <SEP> production <SEP> de <SEP> ce <SEP> carbure <SEP> double <SEP> et <SEP> des
<tb> caractéristiques, <SEP> montrées <SEP> par <SEP> les <SEP> essais, <SEP> du
<tb> produit <SEP> obtenu, <SEP> le <SEP> mode <SEP> d'opérations <SEP> suivant
<tb> peut <SEP> être <SEP> employé:
<tb> On <SEP> introduit <SEP> dans <SEP> un <SEP> creuset <SEP> d'environ <SEP> 15
<tb> cm <SEP> de <SEP> diamètre <SEP> en <SEP> graphite <SEP> pratiquement <SEP> pur: 1840 g de tiges ,de tungstène 800 g @de TiO, pulvérisé ?800 g de nickel comme matière fondante.
Le creuset en graphite avec ce contenu ea placé dans un four électrique à induction, chauffé pendant une période d'environ 1 heure jusqu'à une température de 2100' C, et; maintenu à cette température pendant une période de huit heures. Après. refroidissement, le produit de cette opération de chauffage est enlevé par rupture du creuset en graphite et la. masse est broyée par un marteau et un broyeur à mâchoires et en même temps par un broyage brossier au broyeur à boulets, jusqu'à ce que les particules de la masse broyée passent par un tamis de 40 mailles.
Les particules obtenues sont alors traitées de façon répétée par des mélanges aqueux d'acide ehlorhydrique auxquels ou a ajouté une petite quantité d'acide nitrique, le mélange d'acides étant porté à. l'ébullition de façon répétée. Après ce traitement aux acides, les particules sont traitées par des solutions d'ammoniaque pour enlever tout W0; et sont traitées à nou veau par l'eau régale pour dissoudre le nickel et les alliages de nickel et autres impuretés, et sont finalement traitées à nouveau par des solutions d'ammoniaque.
Dans différentes phases pendant ces traitements aux acides et aux hydroxydes, les particules sont soumises à une concentration mécanique -dans une bas sine ou sont concentrées suivant -le principe de la pesanteur sur une table de Wilfley pour enlever le graphite libre et les autres impure tés légères, en laissant seulement les parti eules grises ayant visiblement un éclat mé tallique.
Les particules sont ensuite traitées, dans des plats en platine, par des solutions fortes d'acide fluorhydrique, à une tempéra ture allant jusqu'au point d'ébullition, pour dissoudre les sousoxydes de tungstène tels que WOc. La solution d'acide fluorhydrique est enlevée par lavage avec de l'eau et une décan tation répétée avec de l'eau fraîche, et les particules sont de nouveau soigneusement concentrées en bassine et suivant le principe de la pesanteur. A partir du mélange de ma- tières mentionné ci-dessus, on obtient 1030 g ,de ces particules.
En faisant un dosage du carbone dans des échantillons -de cette masse de particules, on a constaté une teneur en carbone de 9,40 % de C, qui est très voisine de la teneur en carbone de 9,89 % de C qui théoriquement doit être présente suivant la formule WTiC, Cet écart de la teneur en carbone trouvée rentre dans les limites d'erreur d'analyse de la teneur en carbone de matières de ce genre.
L'analyse en tungstène et en titane a montré que les particules contenaient 71,86 % de W et 18,75 % de Ti, ce qui correspond exacte ment à la teneur qui serait théoriquement présente dans WTiC2. Ces particules ont, d'après les mesures, un poids spécifique de 9,85, qui est moins élevé que celui qui serait indiqué théoriquement pour un mélange de WC et de TiC dans lies proportions dle teneurs en métaux trouvées par les essais.
Comme le poids spécifique de WC est de 15.64 et celui de TiC de 5,0055, le poids spécifique calculé dans l'hypothèse que. ce produit est un mé lange de WC et de TiC, serait de 10,29. Le point de fusion du produit a été trouvé plus élevé que celui de WC (2867 <B>50'</B> C) et peut être plus élevé que celui de TiC (3146 50<B>0</B> C).
Si la substance était une solution solide de TiC dans WC, on s'attendrait à ce que son point de fusion soit inférieur à celui de WC. Des particules du carbure double obtenu ont été traitées par une solution standardisée d'acide fluorhydrique contenant une goutte d'acide nitrique et on a trouvé qu'elles se dissolvent en deux heures, tandis qu'une quantité équivalente d'un mélange de WC et TiC était dissoute dans la même solution en moins de 2 minutes.
En vue d'essayer davantage le nouveau carbure double WTiC2, en comparaison d'un mélange de WC et TiC ayant la même teneur finale en métaux, on peut former deux pièces d'essai de compositions dures de matière, l'une faite avec ledit carbure double WTiC_ et l'autre avec une quantité équivalente d'un mélange de WC et de TiC. Les essais ont montré que la composition dure contenant le nouveau carbure double WTiC.,
présentait une conductibilité thermique sensiblement plus faible que celle faite avec un mélange de WC et ide TiC, accusait. une plus grande résistance et une plus grande dureté et pré sentait aussi lors d'essais répétés, dans les quels elle était employée pour pointes d'outil coupantes pour l'usinage d'acier et de fonte au cuivre et au silicium, une résistance beau coup plus grande à. la formation de cratères et une bonne résistance à. l'érosion et à l'usure par des copeaux d'acier et de fonte, la compo sition dure au WTiC@ ayant une longévité ,de 4 à.
5 fois aussi grande que la pomposi- tion contenant des mélanges de WC et de TiC, en cas d'emploi dans les mêmes conditions et dans la. même machine.
Le nouveau carbure double a. été fabri qué en grandes quantités et a. été invariable quant à ses caractéristiques physiques et à son analyse chimique, ses particules montrant toujours un éclat métallique élevé et des sur faces en principe conchoïdales lorsqu'on les regarde sous un microscope de haute puis sance.
Comme on l'a dit plus haut, le carbure double est admis à correspondre chimique ment à la formule WTiC_. Les raisons de cette admission sont: 10 la composition in variable de la. substance qui, à l'analyse, cor respond toujours à la. formule WTiC_, même lorsque les quantités des ingrédients du mé lange initialement ,chauffé sont largement modifiées pour comprendre un grand excès de W ou de Ti;
20 son comportement, chimi quement différent lors du traitement par l'eau régale, en comparaison de WC et de TiC. ainsi que son comportement chimiquement différent lors du traitement par l'acide chlor hydrique contenant une petite quantité d'acide nitrique;
30 le fait que le composé double donne, lorsqu'il est mis sous la forme d'une composition dure de matière dans un liant de nickel ou de cobalt ou d'une autre matière liante, une composition qui. dure de 4 à. 5 fois aussi longtemps qu'une composition dure similaire faite identiquement de la même manière. mais avec un mélange de WC et de TiC et ayant la même analyse chimique fi nale; 40 la conductibilité thermique sensible ment inférieure de compositions dures de matière contenant ledit carbure double;
50 sa, densité plus faible en comparaison de celle d'un mélange ide WC et de TiC ayant. la même analyse chimique finale;<B>60</B> son point de fusion, qui est plus élevé que celui de WC.
Bien que le carbure double en question soit, pense-t-on, un carbure pur correspondant à la formule WTiC,, il doit être bien entendu que si le procédé n'est pas suivi avec soin, en particulier si on emploie des ingrédients impurs ou si la séparation mécanique et chi mique d'impuretés n'est pas achevée, la masse résultante peut contenir quelques impuretés accidentelles, mais qui n'influeront guère sur les caractéristiques du produit.