Proprietățile pudrei metalice de tungsten

Performanța pulberii de wolfram are un impact semnificativ asupra performanței de procesare și a calității produselor ulterioare. Prin urmare, atât domeniul aliajelor dure, cât și domeniul prelucrării materialelor de wolfram au prezentat cerințe corespunzătoare pentru puritatea chimică și proprietățile fizice ale pulberii brute de tungsten, în special cerințele pentru proprietățile fizice sunt din ce în ce mai mari. 

Puritate chimică

Când se fabrică produse din carbură cimentată și tungsten, puritatea chimică a pulberii de wolfram trebuie să fie relativ ridicată. Elementele de impurități reziduale din pulberea de wolfram au un impact asupra performanței de procesare și a performanței de service a produselor. Influența este foarte complexă, unele fiind dăunătoare, iar altele benefice. Cercetările actuale sugerează că Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al și Mo pot reduce rezistența aliajului, în timp ce K și Na promovează creșterea boabelor WC. V și Cr, pe de altă parte, inhibă creșterea boabelor. Dacă conținutul de Mo în WO depășește 0,5%, va cauza o scădere a rezistenței la încovoiere a aliajului. În majoritatea soiurilor de pulbere de wolfram produse în prezent, conținutul de impurități metalice reziduale (cu excepția celor adăugate ca aditivi) este în intervalul de la câteva părți la zece mii până la câteva părți la sută de mii. 

Oxigenul din pulberea de wolfram poate reacționa cu carburile, absorbind carbonul din carburi și provocând decarburarea carburilor cimentate. Când aliajul este sever decarburat, apare faza γ, făcând aliajul fragil. Gazul eliberat din reacție crește porozitatea aliajului și îi reduce rezistența. În funcție de diferitele procese și echipamente de reducere, conținutul de oxigen din pulberea de wolfram este în general între 0,05% și 0,5% și crește odată cu scăderea dimensiunii particulelor de pulbere de tungsten și cu creșterea suprafeței specifice. Prin urmare, cerința pentru conținutul de oxigen din pulberea de tungsten cu granulație fină trebuie să fie relaxată în mod corespunzător. Cerințele de puritate chimică pentru pulberea de wolfram sunt prezentate în Tabelul 4-1, iar cerințele de conținut de oxigen sunt prezentate în Tabelul 4-2.

Elementele de impuritate din pulberea de wolfram pot proveni din materii prime sau pot fi introduse în timpul procesului de producție. Prin urmare, prevenirea contaminării materialelor în timpul procesului este de mare importanță. De exemplu, în producția de pulbere de wolfram folosind APT ca materie primă, materialele intră în contact direct cu cuptorul de calcinare, tuburile cuptorului de reducere și creuzetele, rezultând o creștere a conținutului de impurități precum Fe, Ni, Cr și Si și o scădere a purității chimice. Atunci când conținutul lor atinge un anumit nivel sau se agrega la o dimensiune suficientă, ele pot deveni surse de defecte pentru prelucrare sau utilizare ulterioară. Prin urmare, pentru a asigura puritatea pulberii de wolfram, pe lângă controlul strict al calității materiei prime APT, este, de asemenea, foarte important să se prevină contaminarea în timpul procesului. 

2. Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale pulberii metalice de tungsten includ în principal dimensiunea medie a particulelor, distribuția dimensiunii particulelor, gradul de agregare a particulelor, morfologia particulelor, suprafața specifică, densitatea în vrac, densitatea compactată și debitul Hall etc. 

(Dimensiunea medie a particulelor și distribuția dimensiunii particulelor)

Fie că este vorba de produse din carbură cimentată sau tungsten, există cerințe stricte pentru dimensiunea medie a particulelor și distribuția dimensiunii particulelor pulberii de tungsten. În domeniul carburii cimentate, dimensiunea particulelor și distribuția mărimii particulelor pulberii W afectează în mod direct dimensiunea particulelor și distribuția mărimii particulelor pulberii WC produse. Dimensiunea particulelor pulberii WC influențează în continuare performanța produselor din carbură cimentată. 

Cercetările au descoperit că proprietățile pulberii WC sunt limitate de cele ale pulberii W. După ce pulberea de W este carbonizată pentru a forma WC, dimensiunea particulelor suferă o ușoară modificare. Pentru a produce pulbere WC cu particule grosiere, medii și fine, trebuie utilizată pulbere W cu particule grosiere, medii și fine. Carbonizarea neuniformă a pulberii W are ca rezultat o pulbere WC neuniformă. Modificările dimensiunii particulelor de pulbere după carbonizarea pulberii W cu particule grosiere, medii și fine sunt prezentate în Tabelul 4-3.

Cerințele pentru dimensiunea particulelor de pulbere de wolfram variază în funcție de utilizatori. Pentru domeniul aliajelor dure, pentru diferite tipuri de aliaje dure utilizate în diferite scopuri, datorită dimensiunilor diferite ale particulelor de pulbere WC utilizate, există cerințe diferite pentru dimensiunea medie a particulelor și compoziția mărimii particulelor a materiei prime W pulberea. Toate sculele de tăiere necesită ca pulberea W și pulberea WC să aibă o dimensiune fină a particulelor și o distribuție îngustă a dimensiunii particulelor. Uneltele de impact necesită ca pulberea W și pulberea WC să fie grosiere, cu o distribuție mai largă a dimensiunii particulelor. Dimensiunea medie a particulelor utilizată pentru prepararea WC cu granulație grosieră este de 25,8 μm. Distribuția reprezentativă a dimensiunii particulelor a pulberii W este prezentată în Figura 4-1.

Pentru prelucrarea materialului de wolfram, dimensiunea medie a particulelor și distribuția dimensiunii particulelor pulberii de tungsten au un impact asupra performanței de presare a produselor ulterioare, a densității corpului verde (cunoscut și sub numele de corp presat) și a performanței de sinterizare. Dimensiunea mai mică a particulelor de pulbere și forme mai complexe vor duce la o frecare mai mare între particule, ducând la o scădere a densității corpului verde. Cu cât distribuția dimensiunilor particulelor este mai îngustă, cu atât particulele sunt aranjate mai liber. O distribuție mai largă a dimensiunii particulelor, sau chiar amestecarea pulberilor de diferite dimensiuni medii ale particulelor, poate obține un aranjament mai bun al particulelor și poate obține o rezistență mai mare a corpului verde. În domeniul prelucrării materialelor de wolfram, dimensiunea medie a particulelor de pulbere de wolfram este, în general, necesară să fie în intervalul de la 2 la 6 μm. 

Există multe metode pentru a determina dimensiunea particulelor de pulbere și distribuția dimensiunii particulelor. Aparatul Fischers și analizatorul laser de mărime a particulelor sunt utilizate pe scară largă în pulberea de tungsten. Totuși, datorită principiilor diferite ale acestor două metode de măsurare, valorile măsurate obținute din aceeași pulbere pot varia. Prin urmare, dimensiunea particulelor pulberii de wolfram ar trebui, în general, să fie menționată ca dimensiunea medie a particulelor Fischers sau dimensiunea medie a particulelor laser. În plus, trebuie remarcat faptul că pulberea de wolfram „în stare de furnizare” are de obicei grade diferite de aglomerare, care este legat de condițiile de producție. Dimensiunea medie a particulelor de pulbere de wolfram măsurată folosind astfel de probe poate diferi de dimensiunea reală a particulei pulberii. De exemplu, dimensiunea particulelor de pulbere fină de tungsten în „starea furnizată” este de 1-2 μm, iar după depolimerizare și dispersie, valoarea scade la 0,4-0,5 μm. Pentru pulberea de wolfram cu dimensiuni ale particulelor în intervalul 1-10 μm, în majoritatea cazurilor, măsurarea dimensiunii particulelor „starea de furnizare” poate îndeplini cerințele de producție. Pentru pulberea de wolfram submicronică și pulberea de wolfram mai grosieră, pentru a caracteriza cu mai multă acuratețe dimensiunea particulelor, probele de „stare de măcinare” trebuie utilizate pentru testele de dimensiune medie a particulelor și distribuție a dimensiunii particulelor. 

TDistribuția dimensiunii particulelor pulberii de wolfram este legată de dimensiunea particulelor sale. În general, cu cât dimensiunea medie a particulelor pulberii de wolfram este mai mare, cu atât distribuția dimensiunii particulelor este mai largă. Pentru o anumită dimensiune a particulei, în producție, metode precum utilizarea hidrogenului umed sau adăugarea de compuși de metale alcaline la oxidul de tungsten pot mări dimensiunea particulelor și pot controla intervalul de distribuție a dimensiunii particulelor mai restrâns. Determinarea distribuției mărimii particulelor este adesea efectuată folosind probe de „stare fundamentală”. 

Dimensiunea medie a particulelor pulberii de wolfram este, în general, exprimată prin diametrul acesteia (în micrometri). Cu toate acestea, în practica de producție, sunt adesea folosite unele concepte semi-cantitative. Clasificările comune includ: 

Particule foarte grosiere: Dimensiunea medie a particulei > 30 μm; 

30 μm; 

Particule grosiere: dimensiunea medie a particulelor 10 până la 30 μm; 

Particule de dimensiuni medii: Dimensiunea medie a particulelor 3 până la 10 μm; 

Particule fine: Dimensiunea medie a particulelor 0,5 - 3 μm; 

Particule ultrafine: dimensiunea medie a particulelor

(2) Gradul de agregare

Gradul de agregare al pulberilor este de obicei caracterizat prin diferența de mărime a particulelor dintre pulberile din „starea furnizată” și pulberile „starea fundamentală”. Gradul de agregare al pulberii de wolfram fin este în general mai mare decât cel al pulberii grosiere de tungsten. Pentru producția de material de tungsten, gradul de agregare afectează direct rezistența piesei verzi. În procesul de producție a WC, gradul de agregare al pulberii w are un impact asupra uniformității distribuției carbonului. 

(3) Morfologia particulelor

Morfologia particulelor pulberii de wolfram are un impact asupra performanței sale de presare și asupra rezistenței corpului verde. Morfologia neregulată a particulelor duce la interconectarea între particule, sporind astfel rezistența corpului verde. Pulberea sferică de tungsten are o fluiditate bună și este deosebit de potrivită pentru pulverizarea materialelor. În mod similar, atunci când se prepară WC, morfologia pulberii de wolfram afectează, de asemenea, morfologia pulberii de WC. 

(4) Suprafață specifică

Suprafața totală deținută de o unitate de masă a pulberii de tungsten este denumită suprafața specifică a pulberii de tungsten, care este de obicei exprimată în unități de m2·g-1. Suprafața specifică a pulberii de wolfram variază de obicei între 0,01 și 12 m2·g-1. Reflectă indirect dimensiunea particulelor și morfologia pulberii de wolfram și este un indicator important pentru evaluarea activității de sinterizare, a caracteristicilor de dizolvare și a capacității de reacție cu substanțe gazoase și solide în timpul procesului de carbonizare a pulberii de wolfram. 

(5) Densitate slabă și densitate compactată

Densitatea liberă și densitatea compactată a pulberii de wolfram cresc odată cu creșterea dimensiunii medii a particulelor pulberii. Relația dintre densitatea liberă a pulberii de wolfram produsă de o anumită fabrică și dimensiunea medie a particulelor lui Fischer este prezentată în Tabelul 4-4. Cu cât distribuția dimensiunii particulelor pulberii este mai îngustă, cu atât morfologia particulelor este mai complexă și cu cât agregarea este mai severă, cu atât densitatea liberă este mai mică. În general, parametrii de proces ai procesului de reducere pot fi ajustați pentru a-l controla.

(6) Fluiditate

Fluiditatea pulberii de wolfram este influențată de dimensiunea particulelor, distribuția dimensiunii particulelor și morfologia particulelor. Cu cât particulele de pulbere sunt mai grosiere, cu atât particulele sunt mai rotunde și cu cât suprafața este mai netedă, cu atât fluiditatea este mai bună. Fluiditatea pulberii de tungsten este de obicei măsurată prin debitul Hall, care este exprimat ca timpul necesar pentru ca 50 g de pulbere de tungsten să curgă printr-o gaură mică specificată într-un debitmetru Hall. Fluiditatea pulberii afectează direct încărcarea volumetrică în timpul procesului de presare și uniformitatea densității turnate sub presiune. 

(7)Compresibilitatea

Compresibilitatea se referă la capacitatea pulberii de wolfram de a fi comprimată în condiții de presare specificate. De obicei, este măsurată în matrițe standard în condiții de lubrifiere specificate și este exprimată prin densitatea pulberii produsului presat sub presiunea specificată. Poate fi reprezentat și printr-un grafic curbă care arată modificarea densității produsului presat cu presiunea de presare. 

(8) Formabilitatea