خواص پودر فلز تنگستن

عملکرد پودر تنگستن تأثیر قابل توجهی بر عملکرد پردازش و کیفیت محصولات بعدی دارد. بنابراین، هم زمینه آلیاژ سخت و هم زمینه پردازش مواد تنگستن، الزامات مربوط به خلوص شیمیایی و خواص فیزیکی پودر تنگستن خام را مطرح کرده‌اند، به ویژه الزامات برای خواص فیزیکی در حال افزایش و بالاتر شدن است. 

خلوص شیمیایی

هنگام تولید محصولات کاربید و تنگستن سیمانی، خلوص شیمیایی پودر تنگستن باید نسبتاً بالا باشد. عناصر ناخالصی باقی مانده در پودر تنگستن بر عملکرد پردازش و عملکرد خدمات محصولات تأثیر می گذارد. تأثیر بسیار پیچیده است، برخی مضر و برخی مفید هستند. تحقیقات کنونی نشان می‌دهد که کلسیم، منیزیم، فسفر، As، Si، S، Fe، نیکل، مس، Al و Mo می‌توانند استحکام آلیاژ را کاهش دهند، در حالی که K و Na باعث رشد دانه‌های WC می‌شوند. از طرف دیگر V و Cr از رشد دانه ها جلوگیری می کنند. اگر مقدار Mo در WO از 0.5٪ بیشتر شود، باعث کاهش مقاومت خمشی آلیاژ می شود. در اکثر انواع پودر تنگستن که در حال حاضر تولید می شوند، محتوای ناخالصی های فلزی باقیمانده (به استثنای آنهایی که به عنوان مواد افزودنی اضافه می شوند) در محدوده چند قسمت در ده هزار تا چند قسمت در صد هزار است. 

اکسیژن موجود در پودر تنگستن می تواند با کاربیدها واکنش داده و کربن را از کاربیدها جذب کند و باعث کربوره شدن کاربید سیمانی شود. هنگامی که آلیاژ به شدت کربن زدایی می شود، فاز γ ظاهر می شود و آلیاژ را شکننده می کند. گاز آزاد شده از واکنش باعث افزایش تخلخل آلیاژ و کاهش استحکام آن می شود. بسته به فرآیندها و تجهیزات مختلف کاهش، محتوای اکسیژن در پودر تنگستن به طور کلی بین 0.05٪ تا 0.5٪ است و با کاهش اندازه ذرات پودر تنگستن و افزایش سطح ویژه افزایش می یابد. بنابراین، نیاز به محتوای اکسیژن در پودر تنگستن ریز دانه باید به طور مناسب کاهش یابد. الزامات خلوص شیمیایی پودر تنگستن در جدول 4-1 و نیازهای محتوای اکسیژن در جدول 4-2 نشان داده شده است.

عناصر ناخالصی در پودر تنگستن ممکن است از مواد خام حاصل شده و یا در طی فرآیند تولید وارد شوند. بنابراین، جلوگیری از آلودگی مواد در طول فرآیند از اهمیت بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، در تولید پودر تنگستن با استفاده از APT به عنوان ماده اولیه، مواد در تماس مستقیم با کوره کلسینه، لوله‌های کوره احیا و بوته‌ها قرار می‌گیرند و در نتیجه محتوای ناخالصی‌هایی مانند Fe، Ni، Cr و Si افزایش می‌یابد و خلوص شیمیایی کاهش می‌یابد. هنگامی که محتوای آنها به سطح معینی می رسد یا به اندازه کافی جمع می شوند، ممکن است به منابع نقص برای پردازش یا استفاده بعدی تبدیل شوند. بنابراین، برای اطمینان از خلوص پودر تنگستن، علاوه بر کنترل دقیق کیفیت ماده خام APT، جلوگیری از آلودگی در طول فرآیند نیز بسیار مهم است. 

2. خواص فیزیکی

خواص فیزیکی پودر تنگستن فلزی عمدتاً شامل اندازه متوسط ذرات، توزیع اندازه ذرات، درجه تجمع ذرات، مورفولوژی ذرات، سطح ویژه، چگالی ظاهری، چگالی متراکم و سرعت جریان هال و غیره است. 

(متوسط اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات)

خواه کاربید سیمانی باشد یا محصولات تنگستن، الزامات سختگیرانه ای برای اندازه متوسط ذرات و توزیع اندازه ذرات پودر تنگستن وجود دارد. در زمینه کاربید سیمانی، اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات پودر W به طور مستقیم بر اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات پودر WC تولید شده تأثیر می گذارد. اندازه ذرات پودر WC بیشتر بر عملکرد محصولات کاربید سیمانی تأثیر می گذارد. 

تحقیقات نشان داده است که خواص پودر WC توسط پودر W محدود شده است. پس از کربنیزه شدن پودر W برای تشکیل WC، اندازه ذرات دستخوش تغییر جزئی می شود. برای تولید پودر WC در اندازه ذرات درشت، متوسط ​​و ریز، باید از پودر ذرات درشت، متوسط ​​و ریز W استفاده شود. کربنیزاسیون پودر W ناهموار باعث ایجاد پودر WC ناهموار می شود. تغییرات اندازه ذرات پودر پس از کربنیزه شدن پودر ذرات W درشت، متوسط ​​و ریز در جدول 4-3 نشان داده شده است.

الزامات اندازه ذرات پودر تنگستن در بین کاربران مختلف متفاوت است. برای زمینه آلیاژ سخت، برای انواع مختلفی از آلیاژهای سخت مورد استفاده برای اهداف مختلف، با توجه به اندازه ذرات مختلف پودر WC مورد استفاده، الزامات مختلفی برای اندازه متوسط ​​ذرات و ترکیب اندازه ذرات ماده خام پودر W وجود دارد. همه ابزارهای برش نیاز به پودر W و پودر WC دارند که اندازه ذرات ریز و توزیع اندازه ذرات باریک داشته باشند. ابزار ضربه ای نیاز به پودر W و پودر WC دارند که درشت باشند، با توزیع اندازه ذرات گسترده تر. متوسط ​​اندازه ذرات مورد استفاده برای تهیه WC دانه درشت 25.8 میکرومتر است. توزیع اندازه ذرات نماینده پودر W در شکل 4-1 نشان داده شده است.

برای پردازش مواد تنگستن، متوسط اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات پودر تنگستن بر عملکرد فشار دادن محصولات بعدی، چگالی بدنه سبز (همچنین به عنوان بدنه فشرده شناخته می‌شود) و عملکرد تف جوشی تأثیر دارد. اندازه ذرات پودر کوچکتر و اشکال پیچیده تر باعث اصطکاک بیشتر بین ذرات می شود که منجر به کاهش چگالی بدنه سبز رنگ می شود. هرچه توزیع اندازه ذرات باریک تر باشد، ذرات شل تر قرار می گیرند. توزیع اندازه ذرات گسترده‌تر، یا حتی مخلوط کردن پودرهایی با اندازه‌های متوسط ​​مختلف ذرات، می‌تواند به آرایش ذرات بهتر و استحکام بدن سبز بالاتری دست یابد. در زمینه پردازش مواد تنگستن، اندازه متوسط ​​ذرات پودر تنگستن معمولاً باید در محدوده 2 تا 6 میکرومتر باشد. 

روش های زیادی برای تعیین اندازه ذرات پودر و توزیع اندازه ذرات وجود دارد. دستگاه فیشر و تحلیلگر اندازه ذرات لیزری به طور گسترده در پودر تنگستن استفاده می شود. با این حال، با توجه به اصول متفاوت این دو روش اندازه گیری، مقادیر اندازه گیری شده به دست آمده از یک پودر ممکن است متفاوت باشد. بنابراین، اندازه ذرات پودر تنگستن به طور کلی باید به عنوان اندازه ذرات متوسط ​​فیشر یا اندازه ذرات متوسط ​​لیزر بیان شود. علاوه بر این، باید توجه داشت که پودر تنگستن "حالت عرضه شده" معمولاً دارای درجات مختلفی از تجمع است که به شرایط تولید مربوط می شود. اندازه متوسط ​​ذرات پودر تنگستن اندازه گیری شده با استفاده از چنین نمونه هایی ممکن است با اندازه ذرات واقعی پودر متفاوت باشد. به عنوان مثال، اندازه ذرات مقداری پودر تنگستن ریز کسل کننده در "حالت عرضه شده" 1-2 میکرومتر است و پس از پلیمریزاسیون و پراکندگی، مقدار آن به 0.4-0.5 میکرومتر کاهش می یابد. برای پودر تنگستن با اندازه ذرات در محدوده 1-10 میکرومتر، در اکثر موارد، اندازه گیری اندازه ذرات "حالت عرضه شده" می تواند الزامات تولید را برآورده کند. برای پودر تنگستن زیر میکرونی و پودر تنگستن درشت‌تر، به منظور مشخص کردن دقیق‌تر اندازه ذرات، باید از نمونه‌های "حالت آسیاب" برای اندازه ذرات متوسط ​​و آزمایش توزیع اندازه ذرات استفاده شود. 

تیتوزیع اندازه ذرات پودر تنگستن با اندازه ذرات آن مرتبط است. به طور کلی، هرچه اندازه متوسط ​​ذرات پودر تنگستن بزرگتر باشد، توزیع اندازه ذرات گسترده تر است. برای اندازه ذرات معین، در تولید، روش‌هایی مانند استفاده از هیدروژن مرطوب یا افزودن ترکیبات فلز قلیایی به اکسید تنگستن می‌تواند اندازه ذرات را بزرگ‌تر کند و محدوده توزیع اندازه ذرات را باریک‌تر کنترل کند. تعیین توزیع اندازه ذرات اغلب با استفاده از نمونه های "حالت پایه" انجام می شود. 

اندازه متوسط ذرات پودر تنگستن به طور کلی با قطر آن (بر حسب میکرومتر) بیان می شود. با این حال، در عمل تولید، اغلب از برخی مفاهیم نیمه کمی استفاده می شود. طبقه بندی های رایج عبارتند از: 

ذرات بسیار درشت: اندازه ذرات متوسط > 30 میکرومتر. 

30 میکرومتر. 

ذرات درشت: اندازه ذرات متوسط 10 تا 30 میکرومتر. 

ذرات با اندازه متوسط: اندازه ذرات متوسط 3 تا 10 میکرومتر. 

ذرات ریز: متوسط اندازه ذرات 0.5 - 3 میکرومتر. 

ذرات بسیار ریز: متوسط اندازه ذرات

(2) درجه تجمع

درجه تجمع پودرها معمولاً با تفاوت در اندازه ذرات بین پودرهای "حالت عرضه شده" و پودرهای "حالت پایه" مشخص می شود. درجه تجمع پودر تنگستن ریز به طور کلی بالاتر از پودر تنگستن درشت است. برای تولید مواد تنگستن، درجه تجمع مستقیماً بر استحکام قطعه سبز تأثیر می گذارد. در فرآیند تولید WC، درجه تجمع پودر w بر یکنواختی توزیع کربن تأثیر دارد. 

(3) مورفولوژی ذرات

مورفولوژی ذرات پودر تنگستن بر عملکرد فشار دادن آن و استحکام بدن سبز تأثیر می گذارد. مورفولوژی نامنظم ذرات منجر به درهم تنیدگی بین ذرات می شود و در نتیجه استحکام بدن سبز را افزایش می دهد. پودر تنگستن کروی سیالیت خوبی دارد و مخصوصاً برای پاشش مواد مناسب است. به طور مشابه، هنگام تهیه WC، مورفولوژی پودر تنگستن نیز بر مورفولوژی پودر WC تأثیر می گذارد. 

(4) مساحت سطح خاص

سطح کل دارای واحد جرم پودر تنگستن به عنوان سطح ویژه پودر تنگستن نامیده می شود که معمولاً در واحد m2·g-1 بیان می شود. سطح ویژه پودر تنگستن معمولاً از 0.01 تا 12 m2·g-1 متغیر است. این به طور غیرمستقیم اندازه ذرات و مورفولوژی پودر تنگستن را منعکس می‌کند و یک شاخص مهم برای ارزیابی فعالیت تف جوشی، ویژگی‌های انحلال و توانایی واکنش با مواد گازی و جامد در طول فرآیند کربن‌سازی پودر تنگستن است. 

(5) چگالی سست و چگالی فشرده

چگالی شل و چگالی فشرده پودر تنگستن با افزایش میانگین اندازه ذرات پودر افزایش می یابد. رابطه بین چگالی شل پودر تنگستن تولید شده توسط یک کارخانه خاص و اندازه ذرات متوسط ​​فیشر آن در جدول 4-4 نشان داده شده است. هرچه توزیع اندازه ذرات پودر باریک تر باشد، مورفولوژی ذرات پیچیده تر است، و هر چه تجمع شدیدتر باشد، چگالی شل کمتر است. به طور کلی، پارامترهای فرآیند فرآیند کاهش را می توان برای کنترل آن تنظیم کرد.

(6) سیالیت

سیالیت پودر تنگستن تحت تأثیر اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات و مورفولوژی ذرات است. هرچه ذرات پودر درشت تر باشد، ذرات گردتر و سطح صاف تر، سیالیت بهتری دارد. سیالیت پودر تنگستن معمولاً با دبی هال اندازه گیری می شود که به صورت زمان لازم برای عبور 50 گرم پودر تنگستن از سوراخ کوچک مشخص شده در دبی سنج هال بیان می شود. سیالیت پودر به طور مستقیم بر بارگذاری حجمی در طول فرآیند پرس و یکنواختی چگالی دایکاست تأثیر می گذارد. 

(7)تراکم پذیری

تراکم پذیری به توانایی پودر تنگستن برای فشرده شدن در شرایط پرس مشخص اشاره دارد. معمولاً در قالب‌های استاندارد تحت شرایط روان‌کاری مشخص اندازه‌گیری می‌شود و با چگالی پودر محصول فشرده تحت فشار مشخص شده بیان می‌شود. همچنین می توان آن را با یک نمودار منحنی نشان داد که تغییر چگالی محصول فشرده با فشار فشار را نشان می دهد. 

(8) شکل پذیری