Свойства металлического порошка вольфрама

Характеристики вольфрамового порошка оказывают существенное влияние на производительность обработки и качество последующей продукции. Таким образом, как в области твердых сплавов, так и в области обработки вольфрамовых материалов выдвигаются соответствующие требования к химической чистоте и физическим свойствам сырого вольфрамового порошка, особенно требования к физическим свойствам становятся все выше и выше. 

Химическая чистота

При производстве изделий из твердого сплава и вольфрама химическая чистота порошка вольфрама должна быть относительно высокой. Остаточные примесные элементы в вольфрамовом порошке влияют на производительность обработки и эксплуатационные характеристики продукции. Влияние очень сложное: некоторые из них вредны, а некоторые полезны. Текущие исследования показывают, что Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al и Mo могут снизить прочность сплава, а K и Na способствуют росту зерен WC. V и Cr, напротив, тормозят рост зерен. Если содержание Mo в WO превышает 0,5%, это приведет к снижению прочности сплава на изгиб. В большинстве выпускаемых в настоящее время разновидностей вольфрамовых порошков содержание остаточных металлических примесей (за исключением добавляемых в качестве добавок) находится в пределах от нескольких частей на десять тысяч до нескольких частей на сто тысяч. 

Кислород в порошке вольфрама может вступать в реакцию с карбидами, поглощая углерод из карбидов и вызывая обезуглероживание твердого сплава. При сильном обезуглероживании сплава появляется γ-фаза, делающая сплав хрупким. Выделяющийся в результате реакции газ увеличивает пористость сплава и снижает его прочность. В зависимости от различных процессов восстановления и оборудования содержание кислорода в вольфрамовом порошке обычно составляет от 0,05% до 0,5% и увеличивается с уменьшением размера частиц вольфрамового порошка и увеличением удельной поверхности. Следовательно, требования к содержанию кислорода в мелкозернистом вольфрамовом порошке должны быть соответствующим образом смягчены. Требования к химической чистоте вольфрамового порошка показаны в Таблице 4-1, а требования к содержанию кислорода показаны в Таблице 4-2.

Элементы-примеси в вольфрамовом порошке могут поступать из сырья или попадать в процессе производства. Поэтому предотвращение загрязнения материалов во время процесса имеет большое значение. Например, при производстве вольфрамового порошка с использованием АПТ в качестве сырья материалы вступают в непосредственный контакт с обжиговой печью, трубами восстановительной печи и тиглями, что приводит к увеличению содержания таких примесей, как Fe, Ni, Cr и Si, и снижению химической чистоты. Когда их контент достигает определенного уровня или они агрегируются до достаточного размера, они могут стать источниками дефектов для последующей обработки или использования. Поэтому для обеспечения чистоты вольфрамового порошка, помимо строгого контроля качества сырья APT, очень важно также предотвращать загрязнение во время процесса. 

2. Физические свойства

Физические свойства порошка металлического вольфрама в основном включают средний размер частиц, распределение частиц по размерам, степень агрегации частиц, морфологию частиц, удельную поверхность, объемную плотность, плотность уплотнения, скорость потока Холла и т. Д. 

(Средний размер частиц и распределение частиц по размерам)

Будь то изделия из цементированного карбида или вольфрама, существуют строгие требования к среднему размеру частиц и гранулометрическому составу вольфрамового порошка. В области цементированного карбида размер частиц и гранулометрический состав порошка W напрямую влияют на размер частиц и гранулометрический состав получаемого порошка WC. Размер частиц порошка WC также влияет на характеристики изделий из цементированного карбида. 

Исследования показали, что свойства порошка WC ограничены свойствами порошка W. После карбонизации порошка W с образованием WC размер частиц претерпевает небольшое изменение. Для производства порошка WC с крупными, средними и мелкими частицами необходимо использовать порошок W с крупными, средними и мелкими частицами. Неравномерная карбонизация порошка W приводит к образованию неравномерного порошка WC. Изменения размера частиц порошка после карбонизации порошка W с крупными, средними и мелкими частицами показаны в Таблице 4-3.

Требования к размеру частиц вольфрамового порошка различаются у разных пользователей. В области твердых сплавов для различных типов твердых сплавов, используемых для разных целей, из-за разных размеров частиц используемого порошка WC существуют разные требования к среднему размеру частиц и гранулометрическому составу исходного порошка W. Все режущие инструменты требуют, чтобы порошок W и порошок WC имели мелкий размер частиц и узкий гранулометрический состав. Для ударных инструментов порошок W и порошок WC должны быть крупными и с более широким гранулометрическим составом. Средний размер частиц, используемых для приготовления крупнозернистого WC, составляет 25,8 мкм. Характерное распределение частиц порошка W по размерам показано на рисунке 4-1.

При обработке вольфрамового материала средний размер частиц и гранулометрический состав вольфрамового порошка влияют на эффективность прессования последующих продуктов, плотность неспеченного изделия (также известного как прессованное изделие) и эффективность спекания. Меньший размер частиц порошка и более сложная форма приведут к большему трению между частицами, что приведет к снижению плотности сырца. Чем уже гранулометрический состав, тем рыхлее расположены частицы. Более широкий гранулометрический состав или даже смешивание порошков с различными средними размерами частиц позволяет добиться лучшего расположения частиц и повысить прочность сырого изделия. В области обработки вольфрамовых материалов средний размер частиц вольфрамового порошка обычно должен находиться в диапазоне от 2 до 6 мкм. 

Существует множество методов определения размера частиц порошка и распределения частиц по размерам. Прибор Фишера и лазерный анализатор размера частиц широко используются при изучении вольфрамового порошка. Однако из-за различий в принципах этих двух методов измерения измеренные значения, полученные для одного и того же порошка, могут различаться. Поэтому размер частиц вольфрамового порошка обычно следует указывать как средний размер частиц Фишера или средний размер частиц лазера. Дополнительно следует отметить, что вольфрамовый порошок «в состоянии поставки» обычно имеет разную степень агломерации, что связано с условиями производства. Средний размер частиц вольфрамового порошка, измеренный с использованием таких образцов, может отличаться от фактического размера частиц порошка. Например, размер частиц некоторого матового мелкодисперсного вольфрамового порошка в «поставляемом состоянии» составляет 1-2 мкм, а после деполимеризации и диспергирования величина снижается до 0,4-0,5 мкм. Для вольфрамового порошка с размером частиц в диапазоне 1-10 мкм в большинстве случаев измерение размера частиц «в состоянии поставки» может удовлетворить производственным требованиям. Для субмикронного вольфрамового порошка и более крупного вольфрамового порошка, чтобы более точно охарактеризовать размер частиц, необходимо использовать образцы «состояния измельчения» для испытаний среднего размера частиц и распределения частиц по размерам. 

ТРаспределение частиц вольфрамового порошка по размерам связано с размером его частиц. Как правило, чем больше средний размер частиц вольфрамового порошка, тем шире распределение частиц по размерам. Для заданного размера частиц в производстве такие методы, как использование влажного водорода или добавление соединений щелочного металла к оксиду вольфрама, могут увеличить размер частиц и более узко контролировать диапазон распределения частиц по размерам. Определение гранулометрического состава часто проводят с использованием образцов «основного состояния». 

Средний размер частиц вольфрамового порошка обычно выражается их диаметром (в микрометрах). Однако в производственной практике часто используются некоторые полуколичественные понятия. Общие классификации включают в себя: 

Очень крупные частицы: средний размер частиц > 30 мкм; 

30 мкм; 

Крупные частицы: средний размер частиц от 10 до 30 мкм; 

Частицы среднего размера: средний размер частиц от 3 до 10 мкм; 

Мелкие частицы: средний размер частиц 0,5–3 мкм; 

Ультрамелкие частицы: средний размер частиц

(2) Степень агрегации

Степень агрегации порошков обычно характеризуется разницей в размерах частиц порошков «в исходном состоянии» и порошков «измельченного состояния». Степень агрегации мелкого вольфрамового порошка обычно выше, чем у крупного вольфрамового порошка. При производстве вольфрамового материала степень агрегации напрямую влияет на прочность заготовки. В процессе производства WC степень агрегации порошка W влияет на равномерность распределения углерода. 

(3) Морфология частиц

Морфология частиц вольфрамового порошка влияет на его характеристики прессования и прочность сырца. Неправильная морфология частиц приводит к сцеплению между частицами, тем самым повышая прочность зеленого тела. Сферический вольфрамовый порошок обладает хорошей текучестью и особенно подходит для распыления материалов. Аналогично, при приготовлении WC морфология вольфрамового порошка также влияет на морфологию порошка WC. 

(4) Удельная площадь поверхности

Общую площадь поверхности, которой обладает единица массы вольфрамового порошка, называют удельной поверхностью вольфрамового порошка, которая обычно выражается в единицах м2·г-1. Удельная поверхность вольфрамового порошка обычно находится в пределах от 0,01 до 12 м2·г-1. Он косвенно отражает размер частиц и морфологию вольфрамового порошка и является важным показателем для оценки спекающей активности, характеристик растворения и способности к реакции с газообразными и твердыми веществами в процессе карбонизации вольфрамового порошка. 

(5) Свободная плотность и уплотненная плотность

Плотность сыпучего и уплотненного порошка вольфрама увеличивается с увеличением среднего размера частиц порошка. Зависимость между насыпной плотностью вольфрамового порошка, выпускаемого определенным заводом, и средним размером его частиц по Фишерсу показана в Таблице 4-4. Чем уже гранулометрический состав порошка, чем сложнее морфология частиц и чем сильнее агрегация, тем меньше свободная плотность. Как правило, параметры процесса восстановления можно регулировать для управления им.

(6) Текучесть

На текучесть вольфрамового порошка влияют размер частиц, распределение частиц по размерам и морфология частиц. Чем крупнее частицы порошка, чем круглее частицы и чем гладче поверхность, тем лучше текучесть. Текучесть вольфрамового порошка обычно измеряется скоростью потока Холла, которая выражается как время, необходимое для того, чтобы 50 г вольфрамового порошка протекли через определенное небольшое отверстие в расходомере Холла. Текучесть порошка напрямую влияет на объемную нагрузку в процессе прессования и на однородность плотности литья под давлением. 

(7)Сжимаемость

Под сжимаемостью понимается способность вольфрамового порошка сжиматься при определенных условиях прессования. Обычно она измеряется в стандартных формах при заданных условиях смазки и выражается плотностью порошка спрессованного изделия при заданном давлении. Его также можно представить в виде кривой, показывающей изменение плотности прессуемого продукта в зависимости от давления прессования. 

(8) Формируемость