Propiedades del polvo de metal de tungsteno

El rendimiento del polvo de tungsteno tiene un impacto significativo en el rendimiento del procesamiento y la calidad de los productos posteriores. Por lo tanto, tanto el campo de las aleaciones duras como el campo del procesamiento de materiales de tungsteno han presentado requisitos correspondientes para la pureza química y las propiedades físicas del polvo de tungsteno en bruto, especialmente los requisitos para las propiedades físicas son cada vez más altos. 

Pureza química

Al fabricar productos de carburo cementado y tungsteno, se requiere que la pureza química del polvo de tungsteno sea relativamente alta. Los elementos de impureza residual en el polvo de tungsteno tienen un impacto en el rendimiento del procesamiento y el rendimiento del servicio de los productos. La influencia es muy compleja: algunas son perjudiciales y otras beneficiosas. Las investigaciones actuales sugieren que Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al y Mo pueden reducir la resistencia de la aleación, mientras que K y Na promueven el crecimiento de granos de WC. V y Cr, por otro lado, inhiben el crecimiento de los granos. Si el contenido de Mo en WO excede el 0,5%, provocará una disminución en la resistencia a la flexión de la aleación. En la mayoría de las variedades de polvo de tungsteno que se producen actualmente, el contenido de impurezas metálicas residuales (excluidas las añadidas como aditivos) está en el intervalo de unas pocas partes por diez mil a unas pocas partes por cien mil. 

El oxígeno del polvo de tungsteno puede reaccionar con los carburos, absorbiendo carbono de los carburos y provocando la descarburación del carburo cementado. Cuando la aleación está muy descarburada, aparece la fase γ, lo que hace que la aleación se vuelva quebradiza. El gas liberado de la reacción aumenta la porosidad de la aleación y reduce su resistencia. Dependiendo de los diferentes procesos y equipos de reducción, el contenido de oxígeno en el polvo de tungsteno generalmente está entre 0,05% y 0,5%, y aumenta con la disminución del tamaño de las partículas del polvo de tungsteno y el aumento del área de superficie específica. Por lo tanto, el requisito de contenido de oxígeno en el polvo de tungsteno de grano fino debe reducirse adecuadamente. Los requisitos de pureza química para el polvo de tungsteno se muestran en la Tabla 4-1 y los requisitos de contenido de oxígeno se muestran en la Tabla 4-2.

Los elementos de impureza en el polvo de tungsteno pueden provenir de las materias primas o introducirse durante el proceso de producción. Por tanto, prevenir la contaminación de los materiales durante el proceso es de gran importancia. Por ejemplo, en la producción de polvo de tungsteno utilizando APT como materia prima, los materiales entran en contacto directo con el horno de calcinación, los tubos del horno de reducción y los crisoles, lo que resulta en un aumento en el contenido de impurezas como Fe, Ni, Cr y Si, y una disminución en la pureza química. Cuando su contenido alcanza un cierto nivel o se agregan a un tamaño suficiente, pueden convertirse en fuentes de defectos para su posterior procesamiento o uso. Por tanto, para asegurar la pureza del polvo de tungsteno, además de controlar estrictamente la calidad de la materia prima APT, también es muy importante evitar la contaminación durante el proceso. 

2. Propiedades físicas

Las propiedades físicas del polvo de tungsteno metálico incluyen principalmente el tamaño promedio de las partículas, la distribución del tamaño de las partículas, el grado de agregación de las partículas, la morfología de las partículas, el área de superficie específica, la densidad aparente, la densidad compactada y el caudal Hall, etc. 

(Tamaño medio de partícula y distribución granulométrica)

Ya sea que se trate de carburo cementado o productos de tungsteno, existen requisitos estrictos para el tamaño promedio de partícula y la distribución del tamaño de partícula del polvo de tungsteno. En el campo del carburo cementado, el tamaño de partícula y la distribución del tamaño de partícula del polvo W afectan directamente el tamaño de partícula y la distribución del tamaño de partícula del polvo WC producido. El tamaño de las partículas del polvo de WC influye aún más en el rendimiento de los productos de carburo cementado. 

La investigación ha descubierto que las propiedades del polvo WC están restringidas por las del polvo W. Después de carbonizar el polvo de W para formar WC, el tamaño de partícula sufre un ligero cambio. Para producir polvo WC de tamaños de partículas gruesas, medianas y finas, es necesario utilizar polvo W de partículas gruesas, medianas y finas. La carbonización del polvo W desigual produce un polvo WC desigual. Los cambios en el tamaño de las partículas de polvo después de la carbonización del polvo W de partículas gruesas, medianas y finas se muestran en la Tabla 4-3.

Los requisitos para el tamaño de las partículas de polvo de tungsteno varían entre los diferentes usuarios. Para el campo de las aleaciones duras, para varios tipos de aleaciones duras utilizadas para diferentes propósitos, debido a los diferentes tamaños de partículas del polvo WC utilizado, existen diferentes requisitos para el tamaño promedio de partículas y la composición del tamaño de partículas de la materia prima W en polvo. Todas las herramientas de corte requieren que el polvo W y el polvo WC tengan un tamaño de partícula fino y una distribución de tamaño de partícula estrecha. Las herramientas de impacto requieren que el polvo W y el polvo WC sean gruesos, con una distribución de tamaño de partícula más amplia. El tamaño medio de partícula utilizado para la preparación de WC de grano grueso es de 25,8 µm. La distribución representativa del tamaño de partículas del polvo W se muestra en la Figura 4-1.

Para el procesamiento de material de tungsteno, el tamaño promedio de las partículas y la distribución del tamaño de las partículas del polvo de tungsteno tienen un impacto en el rendimiento del prensado de los productos posteriores, la densidad del cuerpo verde (también conocido como cuerpo prensado) y el rendimiento de la sinterización. Un tamaño de partícula de polvo más pequeño y formas más complejas darán como resultado una mayor fricción entre las partículas, lo que conducirá a una disminución en la densidad del cuerpo verde. Cuanto más estrecha es la distribución del tamaño de las partículas, más vagamente están dispuestas las partículas. Una distribución de tamaño de partícula más amplia, o incluso mezclar polvos de diferentes tamaños de partícula promedio, puede lograr una mejor disposición de las partículas y obtener una mayor resistencia del cuerpo verde. En el campo del procesamiento de material de tungsteno, generalmente se requiere que el tamaño promedio de partícula del polvo de tungsteno esté dentro del rango de 2 a 6 µm. 

Existen muchos métodos para determinar el tamaño de las partículas de polvo y la distribución del tamaño de las partículas. El aparato de Fischers y el analizador láser de tamaño de partículas se utilizan ampliamente en el polvo de tungsteno. Sin embargo, debido a los diferentes principios de estos dos métodos de medición, los valores medidos obtenidos del mismo polvo pueden variar. Por lo tanto, el tamaño de partícula del polvo de tungsteno generalmente debe indicarse como el tamaño de partícula promedio de Fischer o el tamaño de partícula promedio del láser. Además, cabe señalar que el polvo de tungsteno en el "estado suministrado" suele tener distintos grados de aglomeración, lo que está relacionado con las condiciones de producción. El tamaño de partícula promedio del polvo de tungsteno medido con dichas muestras puede diferir del tamaño de partícula real del polvo. Por ejemplo, el tamaño de partícula de un polvo fino y opaco de tungsteno en el "estado suministrado" es de 1 a 2 μm, y después de la despolimerización y dispersión, el valor cae a 0,4 a 0,5 μm. Para el polvo de tungsteno con tamaños de partículas en el rango de 1 a 10 μm, en la mayoría de los casos, medir el tamaño de partículas del "estado suministrado" puede cumplir con los requisitos de producción. Para el polvo de tungsteno submicrónico y el polvo de tungsteno más grueso, para caracterizar con mayor precisión el tamaño de las partículas, se deben usar muestras del "estado de molienda" para las pruebas de tamaño promedio de partícula y distribución de tamaño de partícula. 

tLa distribución del tamaño de partícula del polvo de tungsteno está relacionada con su tamaño de partícula. Generalmente, cuanto mayor sea el tamaño medio de las partículas de polvo de tungsteno, más amplia será la distribución del tamaño de las partículas. Para un tamaño de partícula determinado, en la producción, métodos como el uso de hidrógeno húmedo o la adición de compuestos de metales alcalinos al óxido de tungsteno pueden aumentar el tamaño de partícula y controlar el rango de distribución del tamaño de partícula de manera más estrecha. La determinación de la distribución del tamaño de las partículas a menudo se lleva a cabo utilizando muestras del "estado fundamental". 

El tamaño medio de las partículas de polvo de tungsteno generalmente se expresa por su diámetro (en micrómetros). Sin embargo, en la práctica de producción se suelen utilizar algunos conceptos semicuantitativos. Las clasificaciones comunes incluyen: 

Partículas muy gruesas: Tamaño medio de partículas > 30 μm; 

30 μm; 

Partículas gruesas: tamaño medio de partícula de 10 a 30 μm; 

Partículas de tamaño mediano: Tamaño promedio de partícula de 3 a 10 μm; 

Partículas finas: Tamaño medio de partícula 0,5 - 3 μm; 

Partículas ultrafinas: tamaño medio de partícula

(2) Grado de agregación

El grado de agregación de los polvos generalmente se caracteriza por la diferencia en el tamaño de las partículas entre los polvos en "estado suministrado" y los polvos en "estado molido". El grado de agregación del polvo de tungsteno fino es generalmente mayor que el del polvo de tungsteno grueso. Para la producción de material de tungsteno, el grado de agregación afecta directamente la resistencia de la pieza verde. En el proceso de producción de WC, el grado de agregación del polvo W tiene un impacto en la uniformidad de la distribución del carbono. 

(3) Morfología de las partículas

La morfología de las partículas del polvo de tungsteno tiene un impacto en su rendimiento de prensado y en la resistencia del cuerpo verde. La morfología irregular de las partículas conduce al entrelazamiento entre partículas, mejorando así la fuerza del cuerpo verde. El polvo esférico de tungsteno tiene buena fluidez y es particularmente adecuado para pulverizar materiales. De manera similar, al preparar WC, la morfología del polvo de tungsteno también afecta la morfología del polvo de WC. 

(4) Área de superficie específica

El área de superficie total que posee una unidad de masa de polvo de tungsteno se conoce como área de superficie específica del polvo de tungsteno, que generalmente se expresa en unidades de m2·g-1. La superficie específica del polvo de tungsteno suele oscilar entre 0,01 y 12 m2·g-1. Refleja indirectamente el tamaño de partícula y la morfología del polvo de tungsteno y es un indicador importante para evaluar la actividad de sinterización, las características de disolución y la capacidad de reacción con sustancias gaseosas y sólidas durante el proceso de carbonización del polvo de tungsteno. 

(5) Densidad suelta y densidad compactada.

La densidad suelta y la densidad compactada del polvo de tungsteno aumentan con el aumento del tamaño promedio de partícula del polvo. La relación entre la densidad suelta del polvo de tungsteno producido por una determinada fábrica y el tamaño promedio de partículas de Fischer se muestra en la Tabla 4-4. Cuanto más estrecha es la distribución del tamaño de las partículas del polvo, más compleja es la morfología de las partículas y cuanto más severa es la agregación, menor es la densidad suelta. Generalmente, los parámetros del proceso de reducción se pueden ajustar para controlarlo.

(6) Fluidez

La fluidez del polvo de tungsteno está influenciada por el tamaño de las partículas, la distribución del tamaño de las partículas y la morfología de las partículas. Cuanto más gruesas sean las partículas de polvo, más redondas sean las partículas y cuanto más lisa sea la superficie, mejor será la fluidez. La fluidez del polvo de tungsteno generalmente se mide mediante el caudal Hall, que se expresa como el tiempo que tardan 50 g de polvo de tungsteno en fluir a través de un pequeño orificio específico en un medidor de flujo Hall. La fluidez del polvo afecta directamente la carga volumétrica durante el proceso de prensado y la uniformidad de la densidad de la fundición. 

(7)Compresibilidad

La compresibilidad se refiere a la capacidad del polvo de tungsteno para comprimirse en condiciones de prensado específicas. Generalmente se mide en moldes estándar bajo condiciones de lubricación específicas y se expresa por la densidad del polvo del producto prensado bajo la presión especificada. También se puede representar mediante un gráfico de curva que muestra el cambio de densidad del producto prensado con la presión de prensado. 

(8) Formabilidad