Lastnosti volframovega kovinskega prahu

Učinkovitost volframovega prahu pomembno vpliva na zmogljivost obdelave in kakovost nadaljnjih izdelkov. Zato sta tako področje trdih zlitin kot področje predelave volframovega materiala postavila ustrezne zahteve za kemično čistost in fizikalne lastnosti surovega volframovega prahu, zlasti zahteve glede fizikalnih lastnosti postajajo vse višje. 

Kemična čistost

Pri izdelavi izdelkov iz cementnega karbida in volframa mora biti kemična čistost volframovega prahu relativno visoka. Preostali elementi nečistoč v volframovem prahu vplivajo na zmogljivost obdelave in storitev izdelkov. Vpliv je zelo kompleksen, nekateri so škodljivi, drugi pa koristni. Sedanje raziskave kažejo, da lahko Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al in Mo zmanjšajo trdnost zlitine, medtem ko K in Na spodbujata rast WC zrn. V in Cr pa zavirata rast zrn. Če vsebnost Mo v WO preseže 0,5 %, bo to povzročilo zmanjšanje upogibne trdnosti zlitine. V večini vrst volframovega prahu, ki se trenutno proizvaja, je vsebnost preostalih kovinskih nečistoč (razen tistih, ki so dodane kot dodatki) v razponu od nekaj delcev na deset tisoč do nekaj delcev na sto tisoč. 

Kisik v volframovem prahu lahko reagira s karbidi, absorbira ogljik iz karbidov in povzroči razogljičenje cementiranega karbida. Ko je zlitina močno razogljičena, se pojavi faza γ, zaradi česar je zlitina krhka. Plin, sproščen pri reakciji, poveča poroznost zlitine in zmanjša njeno trdnost. Glede na različne redukcijske postopke in opremo je vsebnost kisika v volframovem prahu na splošno med 0,05 % in 0,5 % in se povečuje z zmanjšanjem velikosti delcev volframovega prahu in povečanjem specifične površine. Zato je treba zahtevo glede vsebnosti kisika v drobnozrnatem volframovem prahu ustrezno omiliti. Zahteve glede kemične čistosti za volframov prah so prikazane v tabeli 4-1, zahteve glede vsebnosti kisika pa v tabeli 4-2.

Nečistoče v volframovem prahu lahko izvirajo iz surovin ali pa so vnesene med proizvodnim procesom. Zato je preprečevanje kontaminacije materialov med procesom velikega pomena. Na primer, pri proizvodnji volframovega prahu z uporabo APT kot surovine materiali pridejo v neposreden stik s kalcinacijsko pečjo, cevmi redukcijske peči in lončki, kar povzroči povečanje vsebnosti nečistoč, kot so Fe, Ni, Cr in Si, ter zmanjšanje kemične čistosti. Ko njihova vsebina doseže določeno raven ali se združijo do zadostne velikosti, lahko postanejo viri napak za nadaljnjo obdelavo ali uporabo. Zato je za zagotovitev čistosti volframovega prahu poleg strogega nadzora kakovosti surovine APT zelo pomembno tudi preprečiti kontaminacijo med postopkom. 

2. Fizikalne lastnosti

Fizikalne lastnosti kovinskega volframovega prahu vključujejo predvsem povprečno velikost delcev, porazdelitev velikosti delcev, stopnjo agregacije delcev, morfologijo delcev, specifično površino, nasipno gostoto, stisnjeno gostoto in pretok Hall itd. 

(Povprečna velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev)

Ne glede na to, ali gre za izdelke iz cementnega karbida ali volframa, obstajajo stroge zahteve za povprečno velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev volframovega prahu. Na področju cementnega karbida velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev prahu W neposredno vplivata na velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev proizvedenega prahu WC. Velikost delcev WC prahu dodatno vpliva na učinkovitost izdelkov iz cementnega karbida. 

Raziskava je pokazala, da so lastnosti WC prahu omejene z WC prahom. Ko je prah W karboniziran, da nastane WC, se velikost delcev rahlo spremeni. Za proizvodnjo WC prahu z grobimi, srednjimi in finimi velikostmi delcev je treba uporabiti W prah z grobimi, srednjimi in finimi delci. Neenakomerna karbonizacija prahu W povzroči neenakomeren prah WC. Spremembe velikosti delcev prahu po karbonizaciji grobih, srednjih in finih delcev prahu W so prikazane v tabeli 4-3.

Zahteve za velikost delcev volframovega prahu se med različnimi uporabniki razlikujejo. Za področje trdih zlitin, za različne vrste trdih zlitin, ki se uporabljajo za različne namene, zaradi različnih velikosti delcev uporabljenega prahu WC obstajajo različne zahteve glede povprečne velikosti delcev in sestave velikosti delcev surovega prahu W. Vsa orodja za rezanje zahtevajo, da imata W prah in WC prah drobno velikost delcev in ozko porazdelitev velikosti delcev. Udarna orodja zahtevajo, da sta prah W in WC groba, s širšo porazdelitvijo velikosti delcev. Povprečna velikost delcev, uporabljenih za pripravo grobozrnatega WC, je 25,8 μm. Reprezentativna porazdelitev velikosti delcev prahu W je prikazana na sliki 4-1.

Pri obdelavi volframovega materiala povprečna velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev volframovega prahu vplivata na zmogljivost stiskanja nadaljnjih izdelkov, gostoto neobdelanega telesa (znanega tudi kot stisnjeno telo) in zmogljivost sintranja. Manjša velikost delcev prahu in bolj zapletene oblike bodo povzročile večje trenje med delci, kar bo povzročilo zmanjšanje gostote zelenega telesa. Čim ožja je porazdelitev velikosti delcev, tem bolj ohlapno so delci razporejeni. Širša porazdelitev velikosti delcev ali celo mešanje praškov z različnimi povprečnimi velikostmi delcev lahko doseže boljšo razporeditev delcev in večjo moč zelenega telesa. Na področju predelave volframovega materiala mora biti povprečna velikost delcev volframovega prahu na splošno v območju od 2 do 6 μm. 

Obstaja veliko metod za določanje velikosti delcev prahu in porazdelitve velikosti delcev. Fischerjev aparat in laserski analizator velikosti delcev se pogosto uporabljata v volframovem prahu. Zaradi različnih principov teh dveh merilnih metod pa se lahko izmerjene vrednosti, dobljene za isti prah, razlikujejo. Zato je treba velikost delcev volframovega prahu na splošno navesti kot Fischerjevo povprečno velikost delcev ali lasersko povprečno velikost delcev. Poleg tega je treba opozoriti, da ima volframov prah v "dobavljenem stanju" običajno različne stopnje aglomeracije, kar je povezano s proizvodnimi pogoji. Povprečna velikost delcev volframovega prahu, izmerjena s takimi vzorci, se lahko razlikuje od dejanske velikosti delcev prahu. Na primer, velikost delcev nekega motnega finega volframovega prahu v "dobavljenem stanju" je 1-2 μm, po depolimerizaciji in disperziji pa vrednost pade na 0,4-0,5 μm. Pri volframovem prahu z velikostjo delcev v območju 1-10 μm lahko v večini primerov merjenje velikosti delcev v "dobavljenem stanju" zadosti proizvodnim zahtevam. Za submikronski volframov prah in grobejši volframov prah je treba za natančnejšo opredelitev velikosti delcev uporabiti vzorce "stanja mletja" za preskuse povprečne velikosti delcev in porazdelitve velikosti delcev. 

Tporazdelitev velikosti delcev volframovega prahu je povezana z velikostjo delcev. Na splošno velja, da večja kot je povprečna velikost delcev volframovega prahu, širša je porazdelitev velikosti delcev. Za določeno velikost delcev v proizvodnji lahko metode, kot je uporaba mokrega vodika ali dodajanje spojin alkalijskih kovin volframovemu oksidu, povečajo velikost delcev in ožje nadzorujejo razpon porazdelitve velikosti delcev. Določitev porazdelitve velikosti delcev se pogosto izvaja z uporabo vzorcev "osnovnega stanja". 

Povprečna velikost delcev volframovega prahu je na splošno izražena z njegovim premerom (v mikrometrih). Vendar se v proizvodni praksi pogosto uporabljajo nekateri polkvantitativni koncepti. Skupne klasifikacije vključujejo: 

Zelo grobi delci: povprečna velikost delcev > 30 μm; 

30 μm; 

Grobi delci: povprečna velikost delcev 10 do 30 μm; 

Srednje veliki delci: povprečna velikost delcev 3 do 10 μm; 

Drobni delci: Povprečna velikost delcev 0,5 - 3 μm; 

Ultrafini delci: povprečna velikost delcev

(2) Stopnja agregacije

Stopnja agregacije praškov je običajno označena z razliko v velikosti delcev med praški v "dobavljenem stanju" in praški v "osnovnem stanju". Stopnja agregacije finega volframovega prahu je na splošno višja kot pri grobem volframovem prahu. Pri proizvodnji volframovega materiala stopnja agregacije neposredno vpliva na trdnost zelenega kosa. V proizvodnem procesu WC stopnja agregacije w prahu vpliva na enakomernost porazdelitve ogljika. 

(3) Morfologija delcev

Morfologija delcev volframovega prahu vpliva na njegovo zmogljivost stiskanja in trdnost zelenega telesa. Nepravilna morfologija delcev povzroči prepletanje med delci, s čimer se poveča moč zelenega telesa. Sferični volframov prah ima dobro fluidnost in je posebej primeren za brizganje materialov. Podobno pri pripravi WC morfologija volframovega prahu vpliva tudi na morfologijo WC prahu. 

(4) Specifična površina

Skupna površina, ki jo ima enota mase volframovega prahu, se imenuje specifična površina volframovega prahu, ki je običajno izražena v enotah m2·g-1. Specifična površina volframovega prahu se običajno giblje od 0,01 do 12 m2·g-1. Posredno odraža velikost in morfologijo delcev volframovega prahu in je pomemben indikator za ocenjevanje aktivnosti sintranja, lastnosti raztapljanja in reakcijske sposobnosti s plinastimi in trdnimi snovmi med procesom karbonizacije volframovega prahu. 

(5) Ohlapna gostota in stisnjena gostota

Ohlapna gostota in stisnjena gostota volframovega prahu se povečujeta s povečanjem povprečne velikosti delcev prahu. Razmerje med razsuto gostoto volframovega prahu, ki ga proizvaja določena tovarna, in Fischerjevo povprečno velikostjo delcev je prikazano v tabeli 4-4. Čim ožja je porazdelitev velikosti delcev v prahu, tem bolj zapletena je morfologija delcev in čim močnejša je agregacija, tem manjša je gostota prahu. Na splošno je mogoče prilagoditi procesne parametre procesa redukcije, da ga nadzirate.

(6) Pretočnost

Na fluidnost volframovega prahu vpliva velikost delcev, porazdelitev velikosti delcev in morfologija delcev. Bolj kot so grobi delci prahu, bolj okrogli so delci in bolj gladka kot je površina, boljša je fluidnost. Fluidnost volframovega prahu se običajno meri s stopnjo Hallovega pretoka, ki je izražena kot čas, ki je potreben, da 50 g volframovega prahu teče skozi določeno majhno luknjo v Hallovem merilniku pretoka. Tekočina prahu neposredno vpliva na volumetrično obremenitev med postopkom stiskanja in enakomernost gostote tlačne litine. 

(7)Stisljivost

Stisljivost se nanaša na sposobnost volframovega prahu, da se stisne pod določenimi pogoji stiskanja. Običajno se meri v standardnih kalupih pod določenimi pogoji mazanja in se izraža z gostoto prahu stisnjenega izdelka pod določenim pritiskom. Lahko ga predstavimo tudi s krivuljo, ki prikazuje spremembo gostote stisnjenega izdelka s pritiskom stiskanja. 

(8) Možnost oblikovanja