タングステン金属粉末の性質

タングステン粉末の性能は、その後の製品の加工性能と品質に大きな影響を与えます。したがって、硬質合金分野とタングステン材料加工分野の両方が、原料タングステン粉末の化学純度および物理的特性に対する対応する要求を打ち出しており、特に物理的特性に対する要求はますます高くなっています。 

化学純度

超硬合金やタングステン製品を製造する場合、タングステン粉末の化学純度は比較的高い必要があります。タングステン粉末に残留する不純物元素は、製品の加工性能やサービス性能に影響を与えます。その影響は非常に複雑で、有害なものもあれば有益なものもあります。現在の研究では、Ca、Mg、P、As、Si、S、Fe、Ni、Cu、Al、Mo は合金の強度を低下させる可能性があり、K と Na は WC 粒子の成長を促進することが示唆されています。一方、Ｖ、Ｃｒは結晶粒の成長を阻害する。 ＷＯ中のＭｏ含有量が０．５％を超えると、合金の曲げ強度が低下する。現在製造されているほとんどのタングステン粉末の種類では、残留金属不純物の含有量 (添加剤として添加されたものを除く) は 1 万分の数部から 10 万分の数部の範囲にあります。 

タングステン粉末中の酸素は炭化物と反応し、炭化物から炭素を吸収し、超硬合金の脱炭を引き起こす可能性があります。合金が著しく脱炭されると、γ 相が現れ、合金が脆くなります。反応によって放出されるガスにより合金の気孔率が増加し、強度が低下します。さまざまな還元プロセスや装置によって異なりますが、タングステン粉末中の酸素含有量は一般に 0.05% ～ 0.5% であり、タングステン粉末の粒子サイズが小さくなり、比表面積が増加するにつれて増加します。したがって、微粒子タングステン粉末中の酸素含有量の要件を適切に緩和する必要があります。タングステン粉末の化学純度要件を表 4-1 に示し、酸素含有量要件を表 4-2 に示します。

タングステン粉末中の不純物元素は、原料に由来するものと、製造工程中に混入するものとがあります。したがって、プロセス中の材料の汚染を防ぐことは非常に重要です。例えば、APTを原料とするタングステン粉末の製造では、仮焼炉や還元炉の炉管、るつぼなどと直接接触するため、Fe、Ni、Cr、Siなどの不純物の含有量が増加し、化学純度が低下します。コンテンツが特定のレベルに達するか、十分なサイズに集約されると、その後の処理または使用において欠陥の原因となる可能性があります。したがって、タングステン粉末の純度を確保するには、原料であるAPTの品質を厳密に管理することに加えて、プロセス中の汚染を防ぐことも非常に重要です。 

2. 物性

金属タングステン粉末の物理的特性には、主に平均粒径、粒度分布、粒子凝集度、粒子形態、比表面積、嵩密度、圧縮密度、ホール流量などが含まれます。 

（平均粒径と粒度分布）

超硬製品であってもタングステン製品であっても、タングステン粉末の平均粒径と粒度分布には厳しい要件があります。超硬合金の分野では、W粉末の粒径と粒度分布は、製造されるWC粉末の粒径と粒度分布に直接影響します。 WC 粉末の粒径は超硬製品の性能にさらに影響します。 

研究の結果、WC 粉末の特性は W 粉末の特性によって制限されることが判明しました。 W粉末を炭化してWCを形成すると、粒径がわずかに変化します。粗粒、中粒、微粒のWC粉末を製造するには、粗粒、中粒、微粒のW粉末を使用する必要があります。 W粉末が不均一に炭化すると、WC粉末が不均一になります。粗粒、中粒、微粒のW粉末の炭化後の粉末粒径の変化を表4-3に示します。

タングステン粉末の粒径に対する要件はユーザーによって異なります。超硬合金の分野では、用途に応じて使用される各種の超硬合金では、使用するWC粉末の粒径が異なるため、原料となるW粉末の平均粒径や粒度組成に対する要求も異なります。すべての切削工具には、W 粉末および WC 粉末の粒径が細かく、粒度分布が狭いことが必要です。インパクトツールには、W 粉末および WC 粉末が粗く、粒度分布が広いことが必要です。粗粒WCの調製に使用される平均粒径は25.8μmです。 W粉末の代表的な粒度分布を図4-1に示します。

タングステン材料の加工では、タングステン粉末の平均粒径と粒径分布は、その後の製品のプレス性能、グリーンボディ (プレス体とも呼ばれます) の密度、および焼結性能に影響を与えます。粉末の粒子サイズが小さくなり、形状がより複雑になると、粒子間の摩擦が大きくなり、グリーンボディの密度が低下します。粒度分布が狭いほど、粒子の配列が緩やかになります。より広い粒径分布、または異なる平均粒径の粉末を混合することで、より優れた粒子配列を実現し、より高い素地強度を得ることができます。タングステン材料の加工分野では、一般にタングステン粉末の平均粒径が２～６μｍの範囲にあることが要求される。 

粉末の粒子サイズと粒子サイズ分布を測定するには多くの方法があります。タングステン粉末にはフィッシャーズ装置とレーザー粒度分析装置が広く使用されています。ただし、これら 2 つの測定方法は原理が異なるため、同じ粉末から得られる測定値が異なる場合があります。したがって、タングステン粉末の粒径は、一般にフィッシャーズ平均粒径またはレーザー平均粒径として記載される必要があります。さらに、「供給状態」のタングステン粉末は通常、製造条件に関連してさまざまな程度の凝集を持っていることに注意してください。このようなサンプルを使用して測定されたタングステン粉末の平均粒子サイズは、実際の粉末の粒子サイズと異なる場合があります。例えば、「供給状態」での鈍いタングステン微粉末の粒径は1～2μmですが、解重合・分散後は0.4～0.5μmになります。粒径が 1 ～ 10 μm の範囲のタングステン粉末の場合、ほとんどの場合、「供給状態」の粒径を測定することで生産要件を満たすことができます。サブミクロンのタングステン粉末およびより粗いタングステン粉末の場合、粒子のサイズをより正確に特徴付けるために、「粉砕状態」のサンプルを平均粒子サイズおよび粒子サイズ分布のテストに使用する必要があります。 

Tタングステン粉末の粒度分布はその粒度に関係します。一般に、タングステン粉末の平均粒径が大きいほど、粒度分布は広くなります。一定の粒径であれば、製造時に湿った水素を使用したり、酸化タングステンにアルカリ金属化合物を添加するなどの方法で粒径を大きくし、粒度分布範囲をより狭く制御できます。粒度分布の測定は、多くの場合、「基底状態」のサンプルを使用して実行されます。 

タングステン粉末の平均粒径は一般的に直径（マイクロメートル）で表されます。ただし、生産の実践では、いくつかの半定量的な概念がよく使用されます。一般的な分類には次のものがあります。 

非常に粗い粒子: 平均粒径 > 30 μm。 

30 μm。 

粗粒子：平均粒径10～30μm。 

中粒径粒子：平均粒径3～10μm。 

微粒子：平均粒径0.5～3μm。 

超微粒子: 平均粒径

(2) 凝集度

粉末の凝集度は、通常、「供給状態」の粉末と「粉砕状態」の粉末の粒径の違いによって特徴付けられます。一般に、微細なタングステン粉末の凝集度は、粗いタングステン粉末の凝集度よりも高い。タングステン材料の製造では、凝集度がグリーンピースの強度に直接影響します。 WCの製造工程においては、W粉末の凝集度が炭素分布の均一性に影響を与えます。 

(3) 粒子の形態

タングステン粉末の粒子形態は、そのプレス性能とグリーンボディの強度に影響を与えます。不規則な粒子形態により粒子間の絡み合いが生じ、それによって成形体の強度が向上します。球状タングステン粉末は流動性が良く、特に溶射材料に適しています。同様に、WC を製造する場合、タングステン粉末の形態も WC 粉末の形態に影響を与えます。 

(4) 比表面積

タングステン粉の単位質量当たりの総表面積をタングステン粉の比表面積といい、通常m2・g-1の単位で表されます。タングステン粉末の比表面積は、通常、0.01 ～ 12 m2・g-1 の範囲です。これはタングステン粉末の粒子サイズと形態を間接的に反映し、タングステン粉末の炭化プロセス中の焼結活性、溶解特性、気体および固体物質との反応能力を評価するための重要な指標です。 

(5) 緩い密度と圧縮された密度

タングステン粉末の緩め密度と圧縮密度は、粉末の平均粒径が大きくなるにつれて増加します。ある工場で製造されたタングステン粉末のゆるめ密度とフィッシャーズ平均粒径の関係を表4-4に示します。粉末の粒度分布が狭いほど、粒子の形態はより複雑になり、凝集が激しくなるほど、ゆるやかな密度は小さくなります。一般に、還元プロセスのプロセスパラメータを調整して制御できます。

(6) 流動性

タングステン粉末の流動性は、粒子サイズ、粒子サイズ分布、粒子形態に影響されます。粉末粒子が粗いほど粒子は丸く、表面が滑らかであるほど流動性が良くなります。タングステン粉末の流動性は通常、ホール流量によって測定されます。ホール流量は、50g のタングステン粉末がホール流量計の指定された小さな穴を通過するのにかかる時間として表されます。粉末の流動性は、プレスプロセス中の体積負荷とダイカスト密度の均一性に直接影響します。 

(7)圧縮率

圧縮性とは、指定されたプレス条件下でタングステン粉末を圧縮する能力を指します。通常、標準金型内で指定された潤滑条件下で測定され、指定された圧力下でプレスされた製品の粉末の密度で表されます。プレス圧力に対するプレス製品密度の変化を示す曲線グラフでも表すことができます。 

(8) 成形性