Eigenschaften von Wolframmetallpulver

Die Leistung von Wolframpulver hat einen erheblichen Einfluss auf die Verarbeitungsleistung und Qualität der Folgeprodukte. Daher haben sowohl der Bereich der Hartlegierungen als auch der Verarbeitung von Wolframmaterialien entsprechende Anforderungen an die chemische Reinheit und die physikalischen Eigenschaften von rohem Wolframpulver gestellt, insbesondere werden die Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften immer höher. 

Chemische Reinheit

Bei der Herstellung von Hartmetall- und Wolframprodukten muss die chemische Reinheit des Wolframpulvers relativ hoch sein. Die restlichen Verunreinigungselemente im Wolframpulver wirken sich auf die Verarbeitungsleistung und Serviceleistung der Produkte aus. Der Einfluss ist sehr komplex, einige sind schädlich und andere nützlich. Aktuelle Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al und Mo die Festigkeit der Legierung verringern können, während K und Na das Wachstum von WC-Körnern fördern. V und Cr hingegen hemmen das Kornwachstum. Wenn der Mo-Gehalt in WO 0,5 % übersteigt, führt dies zu einer Verringerung der Biegefestigkeit der Legierung. Bei den meisten derzeit hergestellten Wolframpulversorten liegt der Gehalt an restlichen metallischen Verunreinigungen (mit Ausnahme derjenigen, die als Zusatzstoffe hinzugefügt werden) im Bereich von einigen Teilen pro Zehntausend bis einigen Teilen pro Hunderttausend. 

Sauerstoff im Wolframpulver kann mit Karbiden reagieren, Kohlenstoff aus Karbiden absorbieren und eine Entkohlung von Hartmetall verursachen. Wenn die Legierung stark entkohlt ist, entsteht die γ-Phase, die die Legierung spröde macht. Das bei der Reaktion freigesetzte Gas erhöht die Porosität der Legierung und verringert ihre Festigkeit. Abhängig von den verschiedenen Reduktionsprozessen und der Ausrüstung liegt der Sauerstoffgehalt in Wolframpulver im Allgemeinen zwischen 0,05 % und 0,5 % und nimmt mit abnehmender Partikelgröße des Wolframpulvers und zunehmender spezifischer Oberfläche zu. Daher müssen die Anforderungen an den Sauerstoffgehalt in feinkörnigem Wolframpulver entsprechend gelockert werden. Die Anforderungen an die chemische Reinheit von Wolframpulver sind in Tabelle 4-1 und die Anforderungen an den Sauerstoffgehalt in Tabelle 4-2 aufgeführt.

Die Verunreinigungselemente im Wolframpulver können aus den Rohstoffen stammen oder während des Produktionsprozesses eingeführt werden. Daher ist es von großer Bedeutung, die Kontamination von Materialien während des Prozesses zu verhindern. Beispielsweise kommen bei der Herstellung von Wolframpulver unter Verwendung von APT als Rohmaterial die Materialien in direkten Kontakt mit dem Kalzinierungsofen, den Röhren des Reduktionsofens und den Tiegeln, was zu einem Anstieg des Gehalts an Verunreinigungen wie Fe, Ni, Cr und Si und einer Verringerung der chemischen Reinheit führt. Wenn ihr Inhalt ein bestimmtes Niveau erreicht oder sie eine ausreichende Größe erreichen, können sie zu Fehlerquellen für die spätere Verarbeitung oder Verwendung werden. Um die Reinheit des Wolframpulvers sicherzustellen, ist es daher neben der strengen Kontrolle der Qualität des Rohmaterials APT auch sehr wichtig, Verunreinigungen während des Prozesses zu verhindern. 

2. Physikalische Eigenschaften

Zu den physikalischen Eigenschaften von metallischem Wolframpulver gehören hauptsächlich die durchschnittliche Partikelgröße, die Partikelgrößenverteilung, der Partikelaggregationsgrad, die Partikelmorphologie, die spezifische Oberfläche, die Schüttdichte, die Kompaktdichte und die Hall-Durchflussrate usw. 

(Durchschnittliche Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung)

Unabhängig davon, ob es sich um Hartmetall- oder Wolframprodukte handelt, gelten strenge Anforderungen an die durchschnittliche Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung von Wolframpulver. Im Bereich Hartmetall wirken sich die Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung von W-Pulver direkt auf die Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung des hergestellten WC-Pulvers aus. Die Partikelgröße von WC-Pulver beeinflusst außerdem die Leistung der Hartmetallprodukte. 

Die Forschung hat ergeben, dass die Eigenschaften von WC-Pulver durch die von W-Pulver eingeschränkt werden. Nachdem W-Pulver zu WC karbonisiert wurde, ändert sich die Partikelgröße leicht. Um WC-Pulver mit grober, mittlerer und feiner Partikelgröße herzustellen, muss grobes, mittleres und feines W-Pulver verwendet werden. Eine ungleichmäßige Karbonisierung des W-Pulvers führt zu einem ungleichmäßigen WC-Pulver. Die Änderungen der Pulverpartikelgröße nach der Karbonisierung von grob-, mittel- und feinteiligem W-Pulver sind in Tabelle 4-3 dargestellt.

Die Anforderungen an die Partikelgröße von Wolframpulver variieren je nach Anwender. Im Bereich der Hartlegierungen bestehen für verschiedene Arten von Hartlegierungen, die für unterschiedliche Zwecke verwendet werden, aufgrund der unterschiedlichen Partikelgrößen des verwendeten WC-Pulvers unterschiedliche Anforderungen an die durchschnittliche Partikelgröße und Partikelgrößenzusammensetzung des Rohmaterials W-Pulver. Für alle Schneidwerkzeuge ist es erforderlich, dass das W-Pulver und das WC-Pulver eine feine Partikelgröße und eine enge Partikelgrößenverteilung aufweisen. Schlagwerkzeuge erfordern grobe W-Pulver und WC-Pulver mit einer breiteren Partikelgrößenverteilung. Die durchschnittliche Partikelgröße zur Herstellung von grobkörnigem WC beträgt 25,8 µm. Die repräsentative Partikelgrößenverteilung des W-Pulvers ist in Abbildung 4-1 dargestellt.

Bei der Verarbeitung von Wolframmaterial haben die durchschnittliche Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung von Wolframpulver einen Einfluss auf die Pressleistung der Folgeprodukte, die Dichte des Grünkörpers (auch Presskörper genannt) und die Sinterleistung. Kleinere Pulverpartikelgrößen und komplexere Formen führen zu größerer Reibung zwischen den Partikeln und damit zu einer Verringerung der Dichte des Grünkörpers. Je enger die Partikelgrößenverteilung, desto lockerer sind die Partikel angeordnet. Eine breitere Partikelgrößenverteilung oder sogar das Mischen von Pulvern mit unterschiedlichen durchschnittlichen Partikelgrößen kann eine bessere Partikelanordnung und eine höhere Festigkeit des Grünkörpers erreichen. Im Bereich der Wolframmaterialverarbeitung muss die durchschnittliche Partikelgröße von Wolframpulver im Allgemeinen im Bereich von 2 bis 6 μm liegen. 

Es gibt viele Methoden zur Bestimmung der Pulverpartikelgröße und der Partikelgrößenverteilung. Das Fischers-Gerät und der Laser-Partikelgrößenanalysator werden häufig bei Wolframpulver eingesetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Prinzipien dieser beiden Messmethoden können jedoch die Messwerte desselben Pulvers variieren. Daher sollte die Partikelgröße von Wolframpulver im Allgemeinen als durchschnittliche Fischer-Partikelgröße oder durchschnittliche Laser-Partikelgröße angegeben werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass Wolframpulver im „Lieferzustand“ in der Regel einen unterschiedlichen Agglomerationsgrad aufweist, der mit den Produktionsbedingungen zusammenhängt. Die anhand solcher Proben gemessene durchschnittliche Partikelgröße von Wolframpulver kann von der tatsächlichen Partikelgröße des Pulvers abweichen. Beispielsweise beträgt die Partikelgröße einiger mattierter feiner Wolframpulver im „Lieferzustand“ 1–2 μm, nach der Depolymerisation und Dispergierung sinkt der Wert auf 0,4–0,5 μm. Bei Wolframpulver mit Partikelgrößen im Bereich von 1–10 μm kann in den meisten Fällen die Messung der Partikelgröße im „Lieferzustand“ die Produktionsanforderungen erfüllen. Für Submikron-Wolframpulver und gröberes Wolframpulver müssen zur genaueren Charakterisierung der Partikelgröße Proben im „Mahlzustand“ für Tests zur durchschnittlichen Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung verwendet werden. 

TDie Partikelgrößenverteilung von Wolframpulver hängt von seiner Partikelgröße ab. Im Allgemeinen gilt: Je größer die durchschnittliche Partikelgröße des Wolframpulvers, desto breiter ist die Partikelgrößenverteilung. Bei einer bestimmten Partikelgröße können in der Produktion Methoden wie die Verwendung von nassem Wasserstoff oder die Zugabe von Alkalimetallverbindungen zum Wolframoxid die Partikelgröße vergrößern und den Partikelgrößenverteilungsbereich enger steuern. Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung erfolgt häufig anhand von Proben im „Grundzustand“. 

Die durchschnittliche Partikelgröße von Wolframpulver wird im Allgemeinen durch seinen Durchmesser (in Mikrometern) ausgedrückt. In der Produktionspraxis werden jedoch häufig einige semiquantitative Konzepte verwendet. Zu den gängigen Klassifizierungen gehören: 

Sehr grobe Partikel: Durchschnittliche Partikelgröße > 30 μm; 

30 μm; 

Grobe Partikel: Durchschnittliche Partikelgröße 10 bis 30 μm; 

Mittelgroße Partikel: Durchschnittliche Partikelgröße 3 bis 10 μm; 

Feine Partikel: Durchschnittliche Partikelgröße 0,5 – 3 μm; 

Ultrafeine Partikel: durchschnittliche Partikelgröße

(2) Aggregationsgrad

Der Aggregationsgrad von Pulvern wird normalerweise durch den Unterschied in der Partikelgröße zwischen Pulvern im „gelieferten Zustand“ und Pulvern im „gemahlenen Zustand“ charakterisiert. Der Aggregationsgrad von feinem Wolframpulver ist im Allgemeinen höher als der von grobem Wolframpulver. Bei der Herstellung von Wolframmaterial wirkt sich der Aggregationsgrad direkt auf die Festigkeit des Grünlings aus. Im WC-Produktionsprozess hat der Aggregationsgrad des W-Pulvers einen Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Kohlenstoffverteilung. 

(3) Partikelmorphologie

Die Partikelmorphologie von Wolframpulver hat Einfluss auf dessen Pressleistung und die Festigkeit des Grünkörpers. Die unregelmäßige Partikelmorphologie führt zu einer Verzahnung zwischen den Partikeln und erhöht dadurch die Festigkeit des Grünkörpers. Kugelförmiges Wolframpulver hat eine gute Fließfähigkeit und eignet sich besonders zum Sprühen von Materialien. Ebenso beeinflusst die Morphologie des Wolframpulvers bei der Herstellung von WC auch die Morphologie des WC-Pulvers. 

(4) Spezifische Oberfläche

Die Gesamtoberfläche einer Masseneinheit Wolframpulver wird als spezifische Oberfläche des Wolframpulvers bezeichnet und üblicherweise in der Einheit m2·g-1 ausgedrückt. Die spezifische Oberfläche von Wolframpulver liegt typischerweise im Bereich von 0,01 bis 12 m2·g-1. Sie spiegelt indirekt die Partikelgröße und Morphologie des Wolframpulvers wider und ist ein wichtiger Indikator zur Beurteilung der Sinteraktivität, der Auflösungseigenschaften und der Reaktionsfähigkeit mit gasförmigen und festen Stoffen während des Karbonisierungsprozesses des Wolframpulvers. 

(5) Lose Dichte und verdichtete Dichte

Die lose Dichte und die Kompaktdichte von Wolframpulver nehmen mit zunehmender durchschnittlicher Partikelgröße des Pulvers zu. Die Beziehung zwischen der lockeren Dichte des von einer bestimmten Fabrik hergestellten Wolframpulvers und der durchschnittlichen Fischer-Partikelgröße ist in Tabelle 4-4 dargestellt. Je enger die Partikelgrößenverteilung des Pulvers ist, desto komplexer ist die Partikelmorphologie und je stärker die Aggregation ist, desto geringer ist die lose Dichte. Im Allgemeinen können die Prozessparameter des Reduktionsprozesses angepasst werden, um ihn zu steuern.

(6) Fließfähigkeit

Die Fließfähigkeit von Wolframpulver wird durch die Partikelgröße, die Partikelgrößenverteilung und die Partikelmorphologie beeinflusst. Je gröber die Pulverpartikel, je runder die Partikel und je glatter die Oberfläche, desto besser ist die Fließfähigkeit. Die Fließfähigkeit von Wolframpulver wird normalerweise anhand der Hall-Durchflussrate gemessen, die als die Zeit ausgedrückt wird, die 50 g Wolframpulver benötigen, um durch ein bestimmtes kleines Loch in einem Hall-Durchflussmesser zu fließen. Die Fließfähigkeit des Pulvers hat direkten Einfluss auf die Volumenbelastung beim Pressvorgang und die Gleichmäßigkeit der Druckgussdichte. 

(7)Kompressibilität

Unter Kompressibilität versteht man die Fähigkeit von Wolframpulver, unter bestimmten Pressbedingungen komprimiert zu werden. Sie wird normalerweise in Standardformen unter bestimmten Schmierbedingungen gemessen und durch die Pulverdichte des gepressten Produkts unter dem angegebenen Druck ausgedrückt. Es kann auch durch ein Kurvendiagramm dargestellt werden, das die Änderung der Pressproduktdichte mit dem Pressdruck zeigt. 

(8) Formbarkeit