Sifat Serbuk Logam Tungsten

Kinerja bubuk tungsten memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kinerja pemrosesan dan kualitas produk selanjutnya. Oleh karena itu, baik bidang paduan keras maupun bidang pemrosesan bahan tungsten telah mengajukan persyaratan yang sesuai untuk kemurnian kimia dan sifat fisik bubuk tungsten mentah, terutama persyaratan untuk sifat fisik yang semakin tinggi. 

Kemurnian kimia

Saat membuat produk semen karbida dan tungsten, kemurnian kimia bubuk tungsten harus relatif tinggi. Unsur pengotor sisa dalam bubuk tungsten berdampak pada kinerja pemrosesan dan kinerja layanan produk. Pengaruhnya sangat kompleks, ada yang merugikan dan ada yang menguntungkan. Penelitian saat ini menunjukkan bahwa Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al, dan Mo dapat mengurangi kekuatan paduan, sedangkan K dan Na mendorong pertumbuhan butiran WC. V dan Cr, sebaliknya, menghambat pertumbuhan biji-bijian. Jika kandungan Mo pada WO melebihi 0,5% maka akan menyebabkan penurunan kuat lentur paduan. Pada sebagian besar jenis bubuk tungsten yang diproduksi saat ini, kandungan sisa pengotor logam (tidak termasuk yang ditambahkan sebagai aditif) berada dalam kisaran beberapa bagian per sepuluh ribu hingga beberapa bagian per seratus ribu. 

Oksigen dalam bubuk tungsten dapat bereaksi dengan karbida, menyerap karbon dari karbida dan menyebabkan dekarburisasi karbida yang disemen. Ketika paduan mengalami dekarburisasi parah, fase γ muncul, membuat paduan menjadi rapuh. Gas yang dilepaskan dari reaksi meningkatkan porositas paduan dan mengurangi kekuatannya. Tergantung pada proses dan peralatan reduksi yang berbeda, kandungan oksigen dalam bubuk tungsten umumnya antara 0,05% dan 0,5%, dan meningkat seiring dengan penurunan ukuran partikel bubuk tungsten dan peningkatan luas permukaan spesifik. Oleh karena itu, kebutuhan kandungan oksigen dalam bubuk tungsten berbutir halus harus dilonggarkan dengan tepat. Persyaratan kemurnian kimia untuk bubuk tungsten ditunjukkan pada Tabel 4-1, dan persyaratan kandungan oksigen ditunjukkan pada Tabel 4-2.

Unsur pengotor dalam bubuk tungsten mungkin berasal dari bahan mentah atau dimasukkan selama proses produksi. Oleh karena itu, mencegah kontaminasi bahan selama proses sangatlah penting. Misalnya, dalam produksi bubuk tungsten yang menggunakan bahan baku APT, bahan tersebut bersentuhan langsung dengan tungku kalsinasi, tabung tungku reduksi, dan cawan lebur, sehingga mengakibatkan peningkatan kandungan pengotor seperti Fe, Ni, Cr, dan Si, serta penurunan kemurnian kimia. Ketika kontennya mencapai tingkat tertentu atau terkumpul hingga ukuran yang memadai, konten tersebut dapat menjadi sumber cacat untuk pemrosesan atau penggunaan selanjutnya. Oleh karena itu, untuk menjamin kemurnian bubuk tungsten, selain mengontrol kualitas bahan baku APT secara ketat, juga sangat penting untuk mencegah kontaminasi selama proses. 

2. Sifat Fisik

Sifat fisik bubuk tungsten logam terutama mencakup ukuran partikel rata-rata, distribusi ukuran partikel, derajat agregasi partikel, morfologi partikel, luas permukaan spesifik, massa jenis, massa jenis padat, dan laju aliran Hall, dll. 

(Rata-rata ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel)

Baik itu produk semen karbida atau tungsten, terdapat persyaratan ketat untuk ukuran partikel rata-rata dan distribusi ukuran partikel bubuk tungsten. Di bidang semen karbida, ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel serbuk WC secara langsung mempengaruhi ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel serbuk WC yang dihasilkan. Ukuran partikel bubuk WC selanjutnya mempengaruhi kinerja produk semen karbida. 

Penelitian telah menemukan bahwa sifat-sifat bubuk WC dibatasi oleh sifat-sifat bubuk W. Setelah serbuk W dikarbonisasi menjadi WC, ukuran partikel mengalami sedikit perubahan. Untuk menghasilkan serbuk WC dengan ukuran partikel kasar, sedang dan halus perlu digunakan serbuk W berpartikel kasar, sedang dan halus. Karbonisasi serbuk W yang tidak merata menghasilkan serbuk WC yang tidak merata. Perubahan ukuran partikel serbuk setelah karbonisasi serbuk W partikel kasar, sedang dan halus ditunjukkan pada Tabel 4-3.

Persyaratan ukuran partikel bubuk tungsten bervariasi antar pengguna. Untuk bidang paduan keras, untuk berbagai jenis paduan keras yang digunakan untuk tujuan berbeda, karena perbedaan ukuran partikel serbuk WC yang digunakan, terdapat perbedaan persyaratan untuk ukuran partikel rata-rata dan komposisi ukuran partikel bahan baku serbuk W. Semua alat pemotong memerlukan serbuk W dan serbuk WC yang memiliki ukuran partikel halus dan distribusi ukuran partikel yang sempit. Alat tumbuk memerlukan serbuk W dan serbuk WC yang kasar, dengan distribusi ukuran partikel yang lebih luas. Ukuran partikel rata-rata yang digunakan untuk pembuatan WC berbutir kasar adalah 25,8 μm. Distribusi ukuran partikel serbuk W yang representatif ditunjukkan pada Gambar 4-1.

Untuk pemrosesan bahan tungsten, ukuran partikel rata-rata dan distribusi ukuran partikel bubuk tungsten berdampak pada kinerja pengepresan produk berikutnya, kepadatan benda hijau (juga dikenal sebagai benda pengepres), dan kinerja sintering. Ukuran partikel serbuk yang lebih kecil dan bentuk yang lebih kompleks akan menghasilkan gesekan antar partikel yang lebih besar sehingga menyebabkan penurunan kepadatan benda hijau. Semakin sempit distribusi ukuran partikel, semakin longgar pula susunan partikelnya. Distribusi ukuran partikel yang lebih luas, atau bahkan pencampuran bubuk dengan ukuran partikel rata-rata yang berbeda, dapat mencapai susunan partikel yang lebih baik dan memperoleh kekuatan tubuh hijau yang lebih tinggi. Di bidang pemrosesan bahan tungsten, ukuran partikel rata-rata bubuk tungsten umumnya harus berada dalam kisaran 2 hingga 6 μm. 

Ada banyak metode untuk menentukan ukuran partikel bubuk dan distribusi ukuran partikel. Peralatan Fischer dan penganalisis ukuran partikel laser banyak digunakan dalam bubuk tungsten. Namun, karena prinsip yang berbeda dari kedua metode pengukuran ini, nilai terukur yang diperoleh dari bubuk yang sama mungkin berbeda. Oleh karena itu, ukuran partikel bubuk tungsten umumnya dinyatakan sebagai ukuran partikel rata-rata Fischer atau ukuran partikel rata-rata laser. Selain itu, perlu dicatat bahwa bubuk tungsten "keadaan yang disuplai" biasanya memiliki tingkat aglomerasi yang berbeda-beda, yang terkait dengan kondisi produksi. Ukuran partikel rata-rata bubuk tungsten yang diukur menggunakan sampel tersebut mungkin berbeda dari ukuran partikel bubuk sebenarnya. Misalnya, ukuran partikel bubuk tungsten halus kusam dalam "keadaan tersuplai" adalah 1-2 μm, dan setelah depolimerisasi dan dispersi, nilainya turun menjadi 0,4-0,5 μm. Untuk bubuk tungsten dengan ukuran partikel dalam kisaran 1-10 μm, dalam banyak kasus, mengukur ukuran partikel "keadaan yang disuplai" dapat memenuhi persyaratan produksi. Untuk bubuk tungsten submikron dan bubuk tungsten yang lebih kasar, agar ukuran partikel dapat dikarakterisasi dengan lebih akurat, sampel "keadaan penggilingan" harus digunakan untuk uji ukuran partikel rata-rata dan distribusi ukuran partikel. 

TDistribusi ukuran partikel bubuk tungsten berhubungan dengan ukuran partikelnya. Umumnya, semakin besar ukuran partikel rata-rata bubuk tungsten, semakin luas distribusi ukuran partikelnya. Untuk ukuran partikel tertentu, dalam produksi, metode seperti menggunakan hidrogen basah atau menambahkan senyawa logam alkali ke oksida tungsten dapat memperbesar ukuran partikel dan mengontrol rentang distribusi ukuran partikel menjadi lebih sempit. Penentuan distribusi ukuran partikel sering kali dilakukan dengan menggunakan sampel "keadaan dasar". 

Ukuran partikel rata-rata bubuk tungsten umumnya dinyatakan dengan diameternya (dalam mikrometer). Namun dalam praktek produksi, beberapa konsep semi kuantitatif sering digunakan. Klasifikasi umum meliputi: 

Partikel sangat kasar: Ukuran partikel rata-rata > 30 μm; 

30 μm; 

Partikel kasar: Ukuran partikel rata-rata 10 hingga 30 μm; 

Partikel berukuran sedang: Ukuran partikel rata-rata 3 hingga 10 μm; 

Partikel halus: Ukuran partikel rata-rata 0,5 - 3 μm; 

Partikel ultrahalus: ukuran partikel rata-rata

(2) Derajat agregasi

Derajat agregasi serbuk biasanya ditandai dengan perbedaan ukuran partikel antara serbuk "kondisi tersuplai" dan serbuk "kondisi dasar". Tingkat agregasi bubuk tungsten halus umumnya lebih tinggi dibandingkan bubuk tungsten kasar. Untuk produksi bahan tungsten, tingkat agregasi secara langsung mempengaruhi kekuatan potongan hijau. Dalam proses produksi WC, derajat agregasi serbuk w berdampak pada keseragaman distribusi karbon. 

(3) Morfologi partikel

Morfologi partikel bubuk tungsten berdampak pada kinerja pengepresan dan kekuatan benda hijau. Morfologi partikel yang tidak teratur menyebabkan saling bertautan antar partikel, sehingga meningkatkan kekuatan benda hijau. Bubuk tungsten bulat memiliki fluiditas yang baik dan sangat cocok untuk bahan penyemprotan. Begitu pula saat pembuatan WC, morfologi bubuk tungsten juga mempengaruhi morfologi bubuk WC. 

(4) Luas Permukaan Tertentu

Luas permukaan total yang dimiliki oleh satuan massa bubuk tungsten disebut sebagai luas permukaan spesifik bubuk tungsten, yang biasanya dinyatakan dalam satuan m2·g-1. Luas permukaan spesifik bubuk tungsten biasanya berkisar antara 0,01 hingga 12 m2·g-1. Ini secara tidak langsung mencerminkan ukuran partikel dan morfologi bubuk tungsten dan merupakan indikator penting untuk mengevaluasi aktivitas sintering, karakteristik pembubaran, dan kemampuan bereaksi dengan zat gas dan padat selama proses karbonisasi bubuk tungsten. 

(5) Kepadatan lepas dan kepadatan padat

Kepadatan lepas dan kepadatan bubuk tungsten yang dipadatkan meningkat seiring dengan peningkatan ukuran partikel rata-rata bubuk. Hubungan antara kerapatan lepas bubuk tungsten yang diproduksi oleh pabrik tertentu dan ukuran partikel rata-rata Fischer ditunjukkan pada Tabel 4-4. Semakin sempit distribusi ukuran partikel serbuk, semakin kompleks morfologi partikelnya, dan semakin parah agregasinya, semakin kecil densitas lepasnya. Umumnya parameter proses dari proses reduksi dapat disesuaikan untuk mengendalikannya.

(6) Fluiditas

Fluiditas bubuk tungsten dipengaruhi oleh ukuran partikel, distribusi ukuran partikel, dan morfologi partikel. Semakin kasar partikel bubuk, semakin bulat partikelnya, dan semakin halus permukaannya, semakin baik fluiditasnya. Fluiditas bubuk tungsten biasanya diukur dengan laju aliran Hall, yang dinyatakan sebagai waktu yang diperlukan 50g bubuk tungsten untuk mengalir melalui lubang kecil tertentu di pengukur aliran Hall. Fluiditas serbuk secara langsung mempengaruhi pembebanan volumetrik selama proses pengepresan dan keseragaman kepadatan die-cast. 

(7)Kompresibilitas

Kompresibilitas mengacu pada kemampuan bubuk tungsten untuk dikompresi dalam kondisi tekanan tertentu. Biasanya diukur dalam cetakan standar pada kondisi pelumasan tertentu, dan dinyatakan dengan kepadatan bubuk produk yang ditekan pada tekanan tertentu. Hal ini juga dapat diwakili oleh grafik kurva yang menunjukkan perubahan densitas produk pengepresan dengan tekanan pengepresan. 

(8) Sifat mampu bentuk