텅스텐 금속 분말의 특성

텅스텐 분말의 성능은 후속 제품의 가공 성능과 품질에 중요한 영향을 미칩니다. 따라서 경질 합금 분야와 텅스텐 재료 가공 분야 모두 원료 텅스텐 분말의 화학적 순도 및 물리적 특성에 대한 해당 요구 사항을 제시했으며 특히 물리적 특성에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 

화학적 순도

초경합금 및 텅스텐 제품을 제조할 때 텅스텐 분말의 화학적 순도는 상대적으로 높아야 합니다. 텅스텐 분말의 잔류 불순물 원소는 제품의 가공 성능 및 서비스 성능에 영향을 미칩니다. 그 영향은 매우 복잡하며 일부는 해롭고 일부는 유익합니다. 현재 연구에 따르면 Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al 및 Mo는 합금의 강도를 감소시키는 반면 K와 Na는 WC 입자의 성장을 촉진합니다. 반면에 V와 Cr은 입자의 성장을 억제합니다. WO의 Mo 함량이 0.5%를 초과하면 합금의 굴곡 강도가 감소합니다. 현재 생산되는 대부분의 텅스텐 분말 품종에서 잔류 금속 불순물(첨가물로 첨가된 불순물 제외)의 함량은 10,000분의 1~10,000분의 1 범위입니다. 

텅스텐 분말의 산소는 탄화물과 반응하여 탄화물에서 탄소를 흡수하고 초경합금의 탈탄을 일으킬 수 있습니다. 합금이 심하게 탈탄되면 γ상이 나타나 합금이 부서지기 쉽습니다. 반응에서 방출되는 가스는 합금의 다공성을 증가시키고 강도를 감소시킵니다. 다양한 환원 공정 및 장비에 따라 텅스텐 분말의 산소 함량은 일반적으로 0.05% ~ 0.5%이며, 텅스텐 분말 입자 크기가 감소하고 비표면적이 증가함에 따라 증가합니다. 따라서 미세한 텅스텐 분말의 산소 함량에 대한 요구 사항을 적절하게 완화해야 합니다. 텅스텐 분말의 화학적 순도 요구 사항은 표 4-1에 나와 있으며 산소 함량 요구 사항은 표 4-2에 나와 있습니다.

텅스텐 분말의 불순물 원소는 원료에서 나오거나 생산 과정에서 도입될 수 있습니다. 따라서 공정 중 재료의 오염을 방지하는 것이 매우 중요합니다. 예를 들어, APT를 원료로 사용하여 텅스텐 분말을 생산할 때 원료가 소성로, 환원로 관, 도가니와 직접 접촉하게 되어 Fe, Ni, Cr, Si 등 불순물 함량이 증가하고 화학적 순도가 감소합니다. 콘텐츠가 특정 수준에 도달하거나 충분한 크기로 집계되면 후속 처리 또는 사용 시 결함의 원인이 될 수 있습니다. 따라서 텅스텐 분말의 순도를 보장하기 위해서는 원료 APT의 품질을 엄격하게 관리하는 것 외에도 공정 중 오염을 방지하는 것도 매우 중요합니다. 

2. 물리적 특성

금속 텅스텐 분말의 물리적 특성에는 주로 평균 입자 크기, 입자 크기 분포, 입자 응집 정도, 입자 형태, 비표면적, 벌크 밀도, 압축 밀도 및 홀 유속 등이 포함됩니다. 

(평균 입자 크기 및 입자 크기 분포)

초경합금이든 텅스텐 제품이든 텅스텐 분말의 평균 입자 크기와 입자 크기 분포에 대한 엄격한 요구 사항이 있습니다. 초경합금 분야에서 W 분말의 입자 크기 및 입자 크기 분포는 생성된 WC 분말의 입자 크기 및 입자 크기 분포에 직접적인 영향을 미칩니다. WC 분말의 입자 크기는 초경합금 제품의 성능에 더욱 영향을 미칩니다. 

연구에 따르면 WC 분말의 특성은 W 분말의 특성에 의해 제한되는 것으로 나타났습니다. W 분말이 탄화되어 WC를 형성한 후 입자 크기가 약간 변경됩니다. 거친, 중간 및 미세한 입자 크기의 WC 분말을 생산하려면 거친, 중간 및 미세 입자 W 분말을 사용해야 합니다. 불균일한 W 분말 탄화로 인해 불균일한 WC 분말이 생성됩니다. 거친 입자, 중간 입자, 미세한 입자의 W 분말의 탄화 후 분말 입자 크기의 변화를 Table 4-3에 나타내었다.

텅스텐 분말 입자 크기에 대한 요구 사항은 사용자마다 다릅니다. 경질 합금 분야의 경우, 사용되는 WC 분말의 입자 크기가 다르기 때문에 다양한 목적으로 사용되는 다양한 유형의 경질 합금에 대해 원료 W 분말의 평균 입자 크기 및 입자 크기 구성에 대한 요구 사항이 다릅니다. 모든 절단 도구는 W 분말과 WC 분말이 미세한 입자 크기와 좁은 입자 크기 분포를 갖도록 요구합니다. 충격 도구는 W 분말과 WC 분말이 더 넓은 입자 크기 분포를 가지며 거칠어야 합니다. 거친 입자의 WC 제조에 사용되는 평균 입자 크기는 25.8μm입니다. W 분말의 대표적인 입자 크기 분포는 그림 4-1에 나와 있습니다.

텅스텐 재료 가공의 경우 텅스텐 분말의 평균 입자 크기와 입자 크기 분포는 후속 제품의 프레싱 성능, 성형체(프레스 바디라고도 함)의 밀도 및 소결 성능에 영향을 미칩니다. 분말 입자 크기가 작을수록 모양이 복잡할수록 입자 간의 마찰이 커져 미소지체의 밀도가 감소하게 됩니다. 입자 크기 분포가 좁을수록 입자가 더 느슨하게 배열됩니다. 더 넓은 입자 크기 분포 또는 다양한 평균 입자 크기의 분말을 혼합하면 더 나은 입자 배열을 달성하고 더 높은 성형체 강도를 얻을 수 있습니다. 텅스텐 재료 가공 분야에서 텅스텐 분말의 평균 입자 크기는 일반적으로 2~6μm 범위 내에 있어야 합니다. 

분말 입자 크기와 입자 크기 분포를 결정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. Fischer의 장치와 레이저 입자 크기 분석기는 텅스텐 분말에 널리 사용됩니다. 그러나 이 두 가지 측정 방법의 원리가 다르기 때문에 동일한 분말에서 얻은 측정 값이 다를 수 있습니다. 따라서 텅스텐 분말의 입자 크기는 일반적으로 Fischer의 평균 입자 크기 또는 레이저 평균 입자 크기로 표시되어야 합니다. 또한, "공급된 상태"의 텅스텐 분말은 일반적으로 생산 조건과 관련된 다양한 응집 정도를 갖는다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 시료를 사용하여 측정한 텅스텐 분말의 평균 입자 크기는 실제 분말의 입자 크기와 다를 수 있습니다. 예를 들어, "공급된 상태"에서 일부 둔하고 미세한 텅스텐 분말의 입자 크기는 1-2μm이고 해중합 및 분산 후에는 그 값이 0.4-0.5μm로 떨어집니다. 입자 크기가 1~10μm 범위인 텅스텐 분말의 경우 대부분의 경우 "공급 상태" 입자 크기를 측정하면 생산 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 서브미크론 텅스텐 분말 및 더 거친 텅스텐 분말의 경우 입자 크기를 보다 정확하게 특성화하려면 평균 입자 크기 및 입자 크기 분포 테스트에 "분쇄 상태" 샘플을 사용해야 합니다. 

티텅스텐 분말의 입자 크기 분포는 입자 크기와 관련이 있습니다. 일반적으로 텅스텐 분말의 평균 입자 크기가 클수록 입자 크기 분포가 넓어집니다. 주어진 입자 크기에 대해 생산 시 습식 수소를 사용하거나 산화텅스텐에 알칼리 금속 화합물을 첨가하는 등의 방법을 사용하면 입자 크기를 더 크게 만들고 입자 크기 분포 범위를 더 좁게 제어할 수 있습니다. 입자 크기 분포 측정은 종종 "바닥 상태" 샘플을 사용하여 수행됩니다. 

텅스텐 분말의 평균 입자 크기는 일반적으로 직경(마이크로미터)으로 표시됩니다. 그러나 생산 실무에서는 일부 반정량적 개념이 종종 사용됩니다. 일반적인 분류는 다음과 같습니다. 

매우 거친 입자: 평균 입자 크기 > 30 μm; 

30 μm; 

거친 입자: 평균 입자 크기 10~30μm; 

중간 크기 입자: 평균 입자 크기 3~10μm; 

미세 입자: 평균 입자 크기 0.5 - 3 μm; 

초미립자: 평균 입자 크기

(2) 응집도

분말의 응집 정도는 일반적으로 "공급된 상태" 분말과 "바닥 상태" 분말 사이의 입자 크기 차이로 특징지어집니다. 미세한 텅스텐 분말의 응집도는 일반적으로 거친 텅스텐 분말의 응집도보다 높습니다. 텅스텐 재료 생산의 경우 응집도는 그린 조각의 강도에 직접적인 영향을 미칩니다. WC 생산 공정에서 w 분말의 응집 정도는 탄소 분포의 균일성에 영향을 미칩니다. 

(3) 입자 형태

텅스텐 분말의 입자 형태는 압축 성능과 성형체의 강도에 영향을 미칩니다. 불규칙한 입자 형태로 인해 입자 간의 맞물림이 발생하여 성형체의 강도가 향상됩니다. 구형 텅스텐 분말은 유동성이 좋으며 특히 재료 분사에 적합합니다. 마찬가지로 WC를 제조할 때 텅스텐 분말의 형태도 WC 분말의 형태에 영향을 미칩니다. 

(4) 비표면적

단위 질량의 텅스텐 분말이 갖는 전체 표면적을 텅스텐 분말의 비표면적이라고 하며, 일반적으로 m2·g-1 단위로 표시됩니다. 텅스텐 분말의 비표면적은 일반적으로 0.01~12m2·g-1 범위입니다. 이는 텅스텐 분말의 입자 크기 및 형태를 간접적으로 반영하며, 텅스텐 분말의 탄화 과정에서 소결 활성, 용해 특성, 기체 및 고체 물질과의 반응 능력을 평가하는 중요한 지표입니다. 

(5) 느슨한 밀도와 압축된 밀도

텅스텐 분말의 느슨한 밀도와 압축 밀도는 분말의 평균 입자 크기가 증가함에 따라 증가합니다. 특정 공장에서 생산되는 텅스텐 분말의 느슨한 밀도와 피셔의 평균 입자 크기 사이의 관계는 표 4-4에 나와 있습니다. 분말의 입자 크기 분포가 좁을수록 입자 형태가 더 복잡해지고, 응집이 심할수록 느슨한 밀도는 작아집니다. 일반적으로 환원 공정의 공정 매개변수를 조정하여 이를 제어할 수 있습니다.

(6) 유동성

텅스텐 분말의 유동성은 입자 크기, 입자 크기 분포 및 입자 형태에 의해 영향을 받습니다. 분말 입자가 거칠고 입자가 둥글며, 표면이 매끄러울수록 유동성이 좋아집니다. 텅스텐 분말의 유동성은 일반적으로 홀 유량(Hall flow rate)으로 측정되며, 이는 50g의 텅스텐 분말이 홀 유량계의 지정된 작은 구멍을 통해 흐르는 데 걸리는 시간으로 표시됩니다. 분말의 유동성은 프레싱 공정 중 부피 부하와 다이캐스트 밀도의 균일성에 직접적인 영향을 미칩니다. 

(7)압축성

압축성은 지정된 압축 조건에서 텅스텐 분말이 압축되는 능력을 나타냅니다. 이는 일반적으로 지정된 윤활 조건 하에서 표준 금형에서 측정되며, 지정된 압력 하에서 압축된 제품의 분말 밀도로 표현됩니다. 또한 가압압력에 따른 가압제품 밀도의 변화를 곡선 그래프로 나타낼 수도 있습니다. 

(8) 성형성