מאפיינים של אבקת מתכת טונגסטן

לביצועים של אבקת טונגסטן יש השפעה משמעותית על ביצועי העיבוד ואיכות המוצרים הבאים. לכן, גם תחום הסגסוגת הקשה וגם תחום עיבוד חומרי הטונגסטן הציגו דרישות מתאימות לטוהר הכימי והתכונות הפיזיקליות של אבקת טונגסטן גולמית, במיוחד הדרישות לתכונות פיזיקליות הולכות וגדלות. 

טוהר כימי

בעת ייצור מוצרי קרביד מוצק וטונגסטן, הטוהר הכימי של אבקת טונגסטן נדרש להיות גבוה יחסית. לשאר מרכיבי הטומאה באבקת טונגסטן יש השפעה על ביצועי העיבוד וביצועי השירות של המוצרים. ההשפעה מורכבת מאוד, כאשר חלקן מזיקות וחלקן מועילות. מחקרים עדכניים מצביעים על כך ש-Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al ו-Mo יכולים להפחית את חוזק הסגסוגת, בעוד K ו-Na מקדמים את הצמיחה של גרגרי WC. V ו-Cr, לעומת זאת, מעכבים את צמיחת הדגנים. אם תכולת Mo ב-WO עולה על 0.5%, זה יגרום לירידה בחוזק הכיפוף של הסגסוגת. ברוב זני אבקת הטונגסטן המיוצרים כיום, תכולת השאריות של זיהומים מתכתיים (למעט אלה שנוספו כתוספים) היא בטווח של חלקים בודדים לעשרת אלפים עד כמה חלקים למאה אלף. 

חמצן באבקת טונגסטן יכול להגיב עם קרבידים, לספוג פחמן מקרבידים ולגרום לדה-קרביד של קרביד צמנט. כאשר הסגסוגת מפורקת בצורה חמורה, שלב ה- γ מופיע, מה שהופך את הסגסוגת לשבירה. הגז המשתחרר מהתגובה מגביר את נקבוביות הסגסוגת ומפחית את חוזקה. בהתאם לתהליכי הפחתה וציוד שונים, תכולת החמצן באבקת טונגסטן היא בדרך כלל בין 0.05% ל-0.5%, והיא עולה עם הירידה בגודל חלקיקי אבקת הטונגסטן והגידול בשטח הפנים הספציפי. לכן, הדרישה לתכולת חמצן באבקת טונגסטן עדינה צריכה להיות רגועה כראוי. דרישות הטוהר הכימי לאבקת טונגסטן מוצגות בטבלה 4-1, ודרישות תכולת החמצן מוצגות בטבלה 4-2.

יסודות הטומאה באבקת טונגסטן עשויים להגיע מחומרי הגלם או להיות מוכנסים במהלך תהליך הייצור. לכן ישנה משמעות רבה למניעת זיהום חומרים במהלך התהליך. לדוגמא, בייצור אבקת טונגסטן באמצעות APT כחומר הגלם, החומרים באים במגע ישיר עם תנור הבידוד, צינורות תנור ההפחתה וכור ההיתוך, וכתוצאה מכך לעלייה בתכולת הזיהומים כגון Fe, Ni, Cr ו-Si, ולירידה בטוהר הכימי. כאשר התוכן שלהם מגיע לרמה מסוימת או שהם מצטברים לגודל מספיק, הם עלולים להפוך למקורות של פגמים לעיבוד או שימוש אחר כך. לכן, כדי להבטיח את טוהר אבקת הטונגסטן, בנוסף לשליטה קפדנית על איכות חומר הגלם APT, חשוב מאוד גם למנוע זיהום במהלך התהליך. 

2. מאפיינים פיזיים

המאפיינים הפיזיים של אבקת טונגסטן מתכתית כוללים בעיקר את גודל החלקיקים הממוצע, התפלגות גודל החלקיקים, דרגת צבירה של החלקיקים, מורפולוגיה של החלקיקים, שטח פנים ספציפי, צפיפות בתפזורת, צפיפות דחוסה וקצב זרימת הול וכו'. 

(גודל החלקיקים הממוצע והתפלגות גודל החלקיקים)

בין אם מדובר במוצרי קרביד צמנט או טונגסטן, קיימות דרישות מחמירות לגודל החלקיקים הממוצע וחלוקת גודל החלקיקים של אבקת טונגסטן. בתחום הקרביד המלט, גודל החלקיקים וחלוקת גודל החלקיקים של אבקת W משפיעים ישירות על גודל החלקיקים וחלוקת גודל החלקיקים של אבקת ה-WC המיוצרת. גודל החלקיקים של אבקת WC משפיע עוד יותר על הביצועים של מוצרי הקרביד המוצק. 

המחקר מצא כי התכונות של אבקת WC מוגבלות על ידי אלו של אבקת W. לאחר שאבקת W מוגזת ליצירת WC, גודל החלקיקים עובר שינוי קל. כדי לייצר אבקת WC בגודל חלקיקים גס, בינוני ועדין, יש להשתמש באבקת W של חלקיקים גסים, בינוניים ועדינים. פחם אבקת W לא אחיד מביא לאבקת WC לא אחידה. השינויים בגודל חלקיקי האבקה לאחר הפחממה של אבקת W חלקיקית גסה, בינונית ועדינה מוצגים בטבלה 4-3.

הדרישות לגודל חלקיקי אבקת טונגסטן משתנות בין משתמשים שונים. לתחום הסגסוגות הקשות, לסוגים שונים של סגסוגות קשות המשמשות למטרות שונות, בשל גדלי החלקיקים השונים של אבקת WC בשימוש, קיימות דרישות שונות לגודל החלקיקים הממוצע ולהרכב גודל החלקיקים של אבקת חומר הגלם W. כל כלי החיתוך דורשים שאבקת W ואבקת WC יהיו בעלי גודל חלקיקים עדין וחלוקת גודל חלקיקים צרה. כלי אימפקט דורשים שאבקת W ואבקת WC יהיו גסים, עם פיזור גודל חלקיקים רחב יותר. גודל החלקיקים הממוצע המשמש להכנת WC עם גרגיר גס הוא 25.8 מיקרומטר. התפלגות גודל החלקיקים הייצוגית של אבקת W מוצגת באיור 4-1.

עבור עיבוד חומר טונגסטן, לגודל החלקיקים הממוצע ולהתפלגות גודל החלקיקים של אבקת טונגסטן יש השפעה על ביצועי הלחיצה של המוצרים הבאים, על צפיפות הגוף הירוק (הידוע גם בשם הגוף הדחוס) וביצועי הסינטר. גודל חלקיקי אבקה קטן יותר וצורות מורכבות יותר יביאו לחיכוך גדול יותר בין החלקיקים, מה שיוביל לירידה בצפיפות הגוף הירוק. ככל שחלוקת גודל החלקיקים צרה יותר, כך החלקיקים מסודרים בצורה רופפת יותר. חלוקת גודל חלקיקים רחבה יותר, או אפילו ערבוב של אבקות בגדלים ממוצעים שונים של חלקיקים, יכולה להשיג סידור חלקיקים טוב יותר ולהשיג חוזק גוף ירוק גבוה יותר. בתחום עיבוד חומרי טונגסטן, גודל החלקיקים הממוצע של אבקת טונגסטן נדרש בדרך כלל להיות בטווח של 2 עד 6 מיקרומטר. 

ישנן שיטות רבות לקביעת גודל חלקיקי אבקה ופיזור גודל החלקיקים. מכשיר הפישר ומנתח גודל החלקיקים בלייזר נמצאים בשימוש נרחב באבקת טונגסטן. עם זאת, בשל העקרונות השונים של שתי שיטות מדידה אלו, הערכים הנמדדים המתקבלים מאותה אבקה עשויים להשתנות. לכן, בדרך כלל יש לציין את גודל החלקיקים של אבקת טונגסטן כגודל החלקיקים הממוצע של פישר או כגודל החלקיקים הממוצע בלייזר. בנוסף, יש לציין שלאבקת טונגסטן "מצב מסופק" יש בדרך כלל דרגות שונות של צבירה, הקשורה לתנאי הייצור. גודל החלקיקים הממוצע של אבקת טונגסטן הנמדד באמצעות דגימות כאלה עשוי להיות שונה מגודל החלקיקים בפועל של האבקה. לדוגמה, גודל החלקיקים של אבקת טונגסטן עדינה ומשעממת ב"מצב מסופק" הוא 1-2 מיקרומטר, ולאחר דה-פולימריזציה ופיזור, הערך יורד ל-0.4-0.5 מיקרומטר. עבור אבקת טונגסטן עם גדלי חלקיקים בטווח של 1-10 מיקרומטר, ברוב המקרים, מדידת גודל החלקיקים "מצב מסופק" יכולה לעמוד בדרישות הייצור. עבור אבקת טונגסטן תת-מיקרונית ואבקת טונגסטן גסה יותר, על מנת לאפיין בצורה מדויקת יותר את גודל החלקיקים, יש להשתמש בדגימות "מצב גריסה" לבדיקות גודל חלקיקים ממוצע וחלוקת גודל החלקיקים. 

טהתפלגות גודל החלקיקים של אבקת טונגסטן קשורה לגודל החלקיקים שלה. בדרך כלל, ככל שגודל החלקיקים הממוצע של אבקת טונגסטן גדול יותר, כך התפלגות גודל החלקיקים רחבה יותר. עבור גודל חלקיק נתון, בייצור, שיטות כמו שימוש במימן רטוב או הוספת תרכובות מתכת אלקליות לתחמוצת הטונגסטן יכולות להפוך את גודל החלקיקים לגדול יותר ולשלוט בטווח חלוקת גודל החלקיקים בצורה צרה יותר. קביעת חלוקת גודל החלקיקים מתבצעת לרוב באמצעות דגימות "מצב קרקע". 

גודל החלקיקים הממוצע של אבקת טונגסטן מתבטא בדרך כלל בקוטר שלה (במיקרומטרים). עם זאת, בפועל הייצור, כמה מושגים כמותיים למחצה משמשים לעתים קרובות. הסיווגים הנפוצים כוללים: 

חלקיקים גסים מאוד: גודל חלקיקים ממוצע > 30 מיקרומטר; 

30 מיקרומטר; 

חלקיקים גסים: גודל חלקיקים ממוצע 10 עד 30 מיקרומטר; 

חלקיקים בגודל בינוני: גודל חלקיקים ממוצע 3 עד 10 מיקרומטר; 

חלקיקים עדינים: גודל חלקיקים ממוצע 0.5 - 3 מיקרומטר; 

חלקיקים עדינים במיוחד: גודל חלקיקים ממוצע

(2) תואר צבירה

דרגת הצבירה של אבקות מאופיינת בדרך כלל בהבדל בגודל החלקיקים בין אבקות "מצב מסופק" לאבקות "מצב טחון". דרגת הצבירה של אבקת טונגסטן עדינה היא בדרך כלל גבוהה מזו של אבקת טונגסטן גסה. לייצור חומר טונגסטן, דרגת הצבירה משפיעה ישירות על חוזק היצירה הירוקה. בתהליך הייצור של WC, לדרגת הצבירה של אבקת w יש השפעה על אחידות פיזור הפחמן. 

(3) מורפולוגיה של חלקיקים

למורפולוגיה של החלקיקים של אבקת טונגסטן יש השפעה על ביצועי הלחיצה שלה וחוזק הגוף הירוק. מורפולוגיה של חלקיקים לא סדירה מובילה לשילוב בין חלקיקים, ובכך משפרת את חוזק הגוף הירוק. אבקת טונגסטן כדורית בעלת נזילות טובה ומתאימה במיוחד להתזת חומרים. באופן דומה, בעת הכנת WC, המורפולוגיה של אבקת טונגסטן משפיעה גם על המורפולוגיה של אבקת WC. 

(4) שטח פנים ספציפי

שטח הפנים הכולל של יחידת מסה של אבקת טונגסטן מכונה שטח הפנים הספציפי של אבקת הטונגסטן, המתבטא בדרך כלל ביחידות של m2·g-1. שטח הפנים הספציפי של אבקת טונגסטן נע בדרך כלל בין 0.01 ל-12 m2·g-1. זה משקף בעקיפין את גודל החלקיקים והמורפולוגיה של אבקת הטונגסטן ומהווה אינדיקטור חשוב להערכת פעילות הסינטר, מאפייני הפירוק ויכולת התגובה עם חומרים גזים ומוצקים במהלך תהליך הפחממה של אבקת הטונגסטן. 

(5) צפיפות רופפת וצפיפות דחוסה

הצפיפות הרופפת והצפיפות הדחוסה של אבקת טונגסטן גדלות עם הגדלת גודל החלקיקים הממוצע של האבקה. הקשר בין הצפיפות הרופפת של אבקת טונגסטן המיוצרת על ידי מפעל מסוים לבין גודל החלקיקים הממוצע של פישר מוצג בטבלה 4-4. ככל שהתפלגות גודל החלקיקים של האבקה צרה יותר, כך מורפולוגיית החלקיקים מורכבת יותר, וככל שהצבירה חמורה יותר, כך הצפיפות הרופפת קטנה יותר. באופן כללי, ניתן להתאים את פרמטרי התהליך של תהליך ההפחתה כדי לשלוט בו.

(6) נזילות

הנזילות של אבקת טונגסטן מושפעת מגודל החלקיקים, התפלגות גודל החלקיקים ומורפולוגיה של החלקיקים. ככל שחלקיקי האבקה גסים יותר, החלקיקים עגולים יותר וככל שהמשטח חלק יותר, כך הנזילות טובה יותר. הנזילות של אבקת טונגסטן נמדדת בדרך כלל לפי קצב זרימת הול, שמתבטא כזמן שלוקח ל-50 גרם של אבקת טונגסטן לזרום דרך חור קטן שצוין במד זרימת הול. נזילות האבקה משפיעה ישירות על העומס הנפחי במהלך תהליך הלחיצה ועל אחידות צפיפות היציקה. 

(7)דחיסה

דחיסה מתייחסת ליכולת של אבקת טונגסטן להידחס בתנאי לחיצה מוגדרים. הוא נמדד בדרך כלל בתבניות סטנדרטיות בתנאי שימון מוגדרים, ומתבטא בצפיפות האבקה של המוצר שנלחץ בלחץ שצוין. זה יכול להיות מיוצג גם על ידי גרף עקומה המראה את השינוי בצפיפות המוצר הנלחץ עם לחץ לחיצה. 

(8) יכולת צורה