Vlastnosti wolframového kovového prášku

Výkon wolframového prášku má významný dopad na výkonnost zpracování a kvalitu následných produktů. Proto jak oblast tvrdých slitin, tak oblast zpracování wolframových materiálů předložily odpovídající požadavky na chemickou čistotu a fyzikální vlastnosti surového wolframového prášku, zejména požadavky na fyzikální vlastnosti jsou stále vyšší a vyšší. 

Chemická čistota

Při výrobě produktů ze slinutého karbidu a wolframu se požaduje, aby chemická čistota wolframového prášku byla relativně vysoká. Prvky zbytkových nečistot ve wolframovém prášku mají dopad na výkonnost zpracování a servisní výkonnost produktů. Vliv je velmi komplexní, přičemž některé jsou škodlivé a některé prospěšné. Současný výzkum naznačuje, že Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al a Mo mohou snížit pevnost slitiny, zatímco K a Na podporují růst WC zrn. V a Cr naproti tomu inhibují růst zrn. Pokud obsah Mo ve WO překročí 0,5 %, způsobí to pokles pevnosti v ohybu slitiny. Ve většině aktuálně vyráběných druhů wolframového prášku je obsah zbytkových kovových nečistot (kromě těch, které se přidávají jako přísady) v rozmezí několika dílů na deset tisíc až několika dílů na sto tisíc. 

Kyslík ve wolframovém prášku může reagovat s karbidy, absorbovat uhlík z karbidů a způsobit oduhličení slinutého karbidu. Když je slitina silně oduhličena, objeví se fáze γ, která činí slitinu křehkou. Plyn uvolněný z reakce zvyšuje poréznost slitiny a snižuje její pevnost. V závislosti na různých redukčních procesech a zařízení je obsah kyslíku ve wolframovém prášku obecně mezi 0,05 % a 0,5 % a zvyšuje se se snižováním velikosti částic wolframového prášku a zvyšováním specifického povrchu. Požadavek na obsah kyslíku v jemnozrnném wolframovém prášku proto musí být náležitě zmírněn. Požadavky na chemickou čistotu wolframového prášku jsou uvedeny v tabulce 4-1 a požadavky na obsah kyslíku jsou uvedeny v tabulce 4-2.

Prvky nečistot ve wolframovém prášku mohou pocházet ze surovin nebo mohou být zavedeny během výrobního procesu. Proto je velmi důležité zabránit kontaminaci materiálů během procesu. Například při výrobě wolframového prášku za použití APT jako suroviny se materiály dostávají do přímého kontaktu s kalcinační pecí, trubkami redukční pece a kelímky, což má za následek zvýšení obsahu nečistot jako Fe, Ni, Cr a Si a snížení chemické čistoty. Když jejich obsah dosáhne určité úrovně nebo se agregují do dostatečné velikosti, mohou se stát zdrojem vad pro následné zpracování nebo použití. Proto, aby byla zajištěna čistota wolframového prášku, je kromě přísné kontroly kvality suroviny APT také velmi důležité zabránit kontaminaci během procesu. 

2. Fyzikální vlastnosti

Fyzikální vlastnosti kovového wolframového prášku zahrnují především průměrnou velikost částic, distribuci velikosti částic, stupeň agregace částic, morfologii částic, specifický povrch, objemovou hustotu, hustotu zhutnění a Hallův průtok atd. 

(Průměrná velikost částic a distribuce velikosti částic)

Ať už se jedná o výrobky ze slinutého karbidu nebo wolframu, existují přísné požadavky na průměrnou velikost částic a distribuci velikosti částic wolframového prášku. V oblasti slinutého karbidu velikost částic a distribuce velikosti částic W prášku přímo ovlivňují velikost částic a distribuci velikosti částic vyrobeného WC prášku. Velikost částic WC prášku dále ovlivňuje výkonnost výrobků ze slinutého karbidu. 

Výzkum zjistil, že vlastnosti prášku WC jsou omezeny vlastnostmi prášku W. Po karbonizaci prášku W za vzniku WC se velikost částic mírně změní. K výrobě WC prášku s hrubými, středními a jemnými částicemi je třeba použít W prášek s hrubými, středními a jemnými částicemi. Nerovnoměrná karbonizace prášku W má za následek nerovnoměrný prášek WC. Změny velikosti částic prášku po karbonizaci prášku W s hrubými, středními a jemnými částicemi jsou uvedeny v tabulce 4-3.

Požadavky na velikost částic wolframového prášku se u různých uživatelů liší. Pro oblast tvrdých slitin, pro různé typy tvrdých slitin používaných pro různé účely, v důsledku různých velikostí částic použitého WC prášku existují různé požadavky na průměrnou velikost částic a složení velikosti částic surového W prášku. Všechny řezné nástroje vyžadují, aby W prášek a WC prášek měly jemnou velikost částic a úzkou distribuci velikosti částic. Nárazové nástroje vyžadují, aby W prášek a WC prášek byly hrubé, s širší distribucí velikosti částic. Průměrná velikost částic používaných pro přípravu hrubozrnného WC je 25,8 μm. Reprezentativní distribuce velikosti částic prášku W je znázorněna na obrázku 4-1.

Pro zpracování wolframového materiálu má průměrná velikost částic a distribuce velikosti částic wolframového prášku dopad na lisovací výkon následných produktů, hustotu surového tělesa (také známého jako lisované těleso) a slinovací výkon. Menší velikost částic prášku a složitější tvary budou mít za následek větší tření mezi částicemi, což povede ke snížení hustoty surového tělesa. Čím užší je distribuce velikosti částic, tím volněji jsou částice uspořádány. Širší distribuce velikosti částic nebo dokonce smíchání prášků s různými průměrnými velikostmi částic může dosáhnout lepšího uspořádání částic a získat vyšší pevnost surového tělesa. V oblasti zpracování wolframových materiálů se obecně požaduje, aby průměrná velikost částic wolframového prášku byla v rozmezí 2 až 6 um. 

Existuje mnoho metod pro stanovení velikosti částic prášku a distribuce velikosti částic. Fischerův přístroj a laserový analyzátor velikosti částic jsou široce používány ve wolframovém prášku. Vzhledem k odlišným principům těchto dvou metod měření se však naměřené hodnoty získané ze stejného prášku mohou lišit. Velikost částic wolframového prášku by proto měla být obecně uváděna jako průměrná velikost částic Fischera nebo průměrná velikost částic laseru. Navíc je třeba poznamenat, že wolframový prášek "dodaný stav" má obvykle různé stupně aglomerace, což souvisí s podmínkami výroby. Průměrná velikost částic wolframového prášku měřená pomocí takových vzorků se může lišit od skutečné velikosti částic prášku. Například velikost částic nějakého matně jemného wolframového prášku v „dodaném stavu“ je 1-2 μm a po depolymerizaci a disperzi hodnota klesne na 0,4-0,5 μm. U wolframového prášku s velikostí částic v rozmezí 1-10 μm může ve většině případů vyhovět výrobním požadavkům měření velikosti částic "stav při dodání". Pro submikronový wolframový prášek a hrubší wolframový prášek, aby bylo možné přesněji charakterizovat velikost částic, musí být pro testy průměrné velikosti částic a distribuce velikosti částic použity vzorky "stavu mletí". 

TDistribuce velikosti částic wolframového prášku souvisí s jeho velikostí částic. Obecně platí, že čím větší je průměrná velikost částic wolframového prášku, tím širší je distribuce velikosti částic. Pro danou velikost částic mohou při výrobě způsoby, jako je použití vlhkého vodíku nebo přidání sloučenin alkalických kovů do oxidu wolframu, zvětšit velikost částic a úžeji řídit rozsah distribuce velikosti částic. Stanovení distribuce velikosti částic se často provádí pomocí vzorků "základního stavu". 

Průměrná velikost částic wolframového prášku je obecně vyjádřena jeho průměrem (v mikrometrech). Ve výrobní praxi se však často používají některé semikvantitativní koncepty. Mezi běžné klasifikace patří: 

Velmi hrubé částice: Průměrná velikost částic > 30 μm; 

30 μm; 

Hrubé částice: Průměrná velikost částic 10 až 30 μm; 

Středně velké částice: Průměrná velikost částic 3 až 10 μm; 

Jemné částice: Průměrná velikost částic 0,5 - 3 μm; 

Ultrajemné částice: průměrná velikost částic

(2) Stupeň agregace

Stupeň agregace prášků je obvykle charakterizován rozdílem ve velikosti částic mezi prášky v "dodaném stavu" a prášky v "základním stavu". Stupeň agregace jemného wolframového prášku je obecně vyšší než u hrubého wolframového prášku. Pro výrobu wolframového materiálu stupeň agregace přímo ovlivňuje pevnost surového kusu. Ve výrobním procesu WC má stupeň agregace w prášku vliv na rovnoměrnost distribuce uhlíku. 

(3) Morfologie částic

Morfologie částic wolframového prášku má vliv na jeho lisovací výkon a pevnost surového tělesa. Nepravidelná morfologie částic vede k vzájemnému spojení mezi částicemi, čímž se zvyšuje síla zeleného tělesa. Sférický wolframový prášek má dobrou tekutost a je zvláště vhodný pro stříkání materiálů. Podobně při přípravě WC ovlivňuje morfologie wolframového prášku také morfologii WC prášku. 

(4) Specifická plocha povrchu

Celkový povrch, který má jednotková hmotnost wolframového prášku, se označuje jako specifický povrch wolframového prášku, který se obvykle vyjadřuje v jednotkách m2·g-1. Specifický povrch wolframového prášku se typicky pohybuje od 0,01 do 12 m2·g-1. Nepřímo odráží velikost částic a morfologii wolframového prášku a je důležitým ukazatelem pro hodnocení slinovací aktivity, rozpouštěcích charakteristik a reakční schopnosti s plynnými a pevnými látkami během procesu karbonizace wolframového prášku. 

(5) Volná hustota a stlačená hustota

Sypká hustota a zhutněná hustota wolframového prášku se zvyšují se zvyšováním průměrné velikosti částic prášku. Vztah mezi sypkou hustotou wolframového prášku vyrobeného určitou továrnou a jeho Fischersovou průměrnou velikostí částic je uveden v tabulce 4-4. Čím užší je distribuce velikosti částic prášku, tím složitější je morfologie částic a čím intenzivnější je agregace, tím menší je sypká hustota. Obecně lze procesní parametry redukčního procesu upravit tak, aby byl řízen.

(6) Tekutost

Tekutost wolframového prášku je ovlivněna velikostí částic, distribucí velikosti částic a morfologií částic. Čím hrubší částice prášku, tím kulatější částice a hladší povrch, tím lepší tekutost. Tekutost wolframového prášku se obvykle měří Hallovým průtokem, který je vyjádřen jako čas potřebný k tomu, aby 50 g wolframového prášku proteklo specifikovaným malým otvorem v Hallově průtokoměru. Tekutost prášku přímo ovlivňuje objemové zatížení během lisovacího procesu a rovnoměrnost hustoty tlakového lití. 

(7)Stlačitelnost

Stlačitelnost se týká schopnosti wolframového prášku stlačit za specifikovaných lisovacích podmínek. Obvykle se měří ve standardních formách za specifikovaných podmínek mazání a je vyjádřena hustotou prášku lisovaného produktu za specifikovaného tlaku. Může být také znázorněna křivkovým grafem znázorňujícím změnu hustoty lisovaného produktu s lisovacím tlakem. 

(8) Tvařitelnost