Властивості металевого порошку вольфраму

Продуктивність вольфрамового порошку має значний вплив на ефективність обробки та якість наступних продуктів. Таким чином, як сфера твердих сплавів, так і сфера обробки вольфрамових матеріалів висувають відповідні вимоги до хімічної чистоти та фізичних властивостей сирого порошку вольфраму, особливо вимоги до фізичних властивостей стають все вищими. 

Хімічна чистота

При виробництві виробів з цементованого карбіду та вольфраму хімічна чистота порошку вольфраму повинна бути відносно високою. Залишкові домішки у вольфрамовому порошку впливають на продуктивність обробки та експлуатаційні характеристики продуктів. Вплив дуже складний, десь шкідливий, а інший – корисний. Сучасні дослідження показують, що Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al і Mo можуть зменшити міцність сплаву, тоді як K і Na сприяють зростанню зерен WC. V і Cr, з іншого боку, пригнічують ріст зерен. Якщо вміст Mo в WO перевищує 0,5%, це призведе до зниження міцності сплаву на вигин. У більшості різновидів вольфрамового порошку, що виробляються в даний час, вміст залишкових металевих домішок (за винятком тих, що додаються як добавки) знаходиться в діапазоні від кількох частин на десять тисяч до кількох частин на сто тисяч. 

Кисень у вольфрамовому порошку може реагувати з карбідами, поглинаючи вуглець з карбідів і викликаючи зневуглецювання цементованого карбіду. Коли сплав сильно зневуглецьовується, з’являється γ-фаза, що робить сплав крихким. Газ, що виділяється в результаті реакції, збільшує пористість сплаву і знижує його міцність. Залежно від різних процесів відновлення та обладнання, вміст кисню у порошку вольфраму зазвичай становить від 0,05% до 0,5%, і він збільшується зі зменшенням розміру частинок порошку вольфраму та збільшенням питомої площі поверхні. Таким чином, вимога щодо вмісту кисню в дрібнозернистому порошку вольфраму повинна бути відповідним чином послаблена. Вимоги до хімічної чистоти порошку вольфраму наведено в таблиці 4-1, а вимоги до вмісту кисню – у таблиці 4-2.

Домішки в порошку вольфраму можуть надходити із сировини або вводитися під час виробничого процесу. Тому запобігання забрудненню матеріалів під час процесу має велике значення. Наприклад, при виробництві вольфрамового порошку з використанням APT як сировини матеріали вступають у безпосередній контакт із піччю кальцинування, трубами відновної печі та тиглями, що призводить до збільшення вмісту домішок, таких як Fe, Ni, Cr та Si, і зниження хімічної чистоти. Коли їхній вміст досягає певного рівня або вони накопичуються до достатнього розміру, вони можуть стати джерелами дефектів для подальшої обробки чи використання. Тому, щоб забезпечити чистоту вольфрамового порошку, окрім суворого контролю якості сировини APT, також дуже важливо запобігати забрудненню під час процесу. 

2. Фізичні властивості

Фізичні властивості металевого вольфрамового порошку в основному включають середній розмір частинок, розподіл частинок за розміром, ступінь агрегації частинок, морфологію частинок, питому поверхню, насипну щільність, ущільнену щільність і швидкість потоку Холла тощо. 

(Середній розмір частинок і розподіл частинок за розміром)

Незалежно від того, чи це вироби з цементованого карбіду чи вольфраму, існують суворі вимоги до середнього розміру частинок і розподілу частинок за розміром порошку вольфраму. У сфері цементованого карбіду розмір частинок і розподіл частинок за розміром порошку W безпосередньо впливають на розмір частинок і розподіл частинок за розміром отриманого порошку WC. Розмір частинок порошку WC додатково впливає на характеристики виробів з цементованого карбіду. 

Дослідження показали, що властивості порошку WC обмежені властивостями порошку W. Після карбонізації порошку W з утворенням WC розмір частинок зазнає незначних змін. Для виробництва порошку WC з крупними, середніми та дрібними частинками необхідно використовувати порошок W з грубими, середніми та дрібними частинками. Нерівномірна карбонізація порошку W призводить до нерівномірного порошку WC. Зміни розміру частинок порошку після карбонізації порошку W з грубими, середніми та дрібними частинками показані в таблиці 4-3.

Вимоги до розміру частинок порошку вольфраму відрізняються для різних користувачів. Для галузі твердих сплавів, для різних типів твердих сплавів, які використовуються для різних цілей, через різні розміри частинок порошку WC, що використовується, існують різні вимоги до середнього розміру частинок і гранулометричного складу порошку сировини W. Усі ріжучі інструменти вимагають, щоб порошок W і WC мав дрібний розмір частинок і вузький розподіл частинок за розміром. Ударні інструменти вимагають, щоб порошок W і WC був грубим із ширшим розподілом частинок за розміром. Середній розмір частинок, використовуваних для приготування крупнозернистого WC, становить 25,8 мкм. Типовий розподіл частинок порошку W за розміром показано на малюнку 4-1.

Для обробки вольфрамового матеріалу середній розмір частинок і розподіл частинок порошку вольфраму за розміром впливають на ефективність пресування наступних продуктів, щільність необробленої маси (також відомої як пресована маса) і ефективність спікання. Менший розмір частинок порошку та більш складні форми призведуть до більшого тертя між частинками, що призведе до зменшення щільності зеленого тіла. Чим вужчий розподіл частинок за розміром, тим вільніше розташовані частинки. Більш широкий розподіл частинок за розміром або навіть змішування порошків із різними середніми розмірами частинок може досягти кращого розташування частинок і отримати більшу міцність сирого тіла. У сфері обробки вольфрамового матеріалу середній розмір частинок порошку вольфраму, як правило, повинен бути в діапазоні від 2 до 6 мкм. 

Існує багато методів визначення розміру частинок порошку та розподілу частинок за розміром. Апарат Фішера і лазерний аналізатор розміру частинок широко використовуються в порошку вольфраму. Однак, через різні принципи цих двох методів вимірювання, виміряні значення, отримані для одного порошку, можуть відрізнятися. Тому розмір частинок вольфрамового порошку, як правило, слід вказувати як середній розмір частинок Фішера або середній розмір частинок лазера. Крім того, слід зазначити, що вольфрамовий порошок у «забезпеченому стані» зазвичай має різний ступінь агломерації, що залежить від умов виробництва. Середній розмір частинок вольфрамового порошку, виміряний за допомогою таких зразків, може відрізнятися від фактичного розміру частинок порошку. Наприклад, розмір часток деякого тьмяного дрібнодисперсного порошку вольфраму в «поставленому стані» становить 1-2 мкм, а після деполімеризації та диспергування значення падає до 0,4-0,5 мкм. Для вольфрамового порошку з розміром частинок у діапазоні 1-10 мкм у більшості випадків вимірювання розміру частинок у «поставленому стані» може відповідати виробничим вимогам. Для субмікронного порошку вольфраму та більш грубого порошку вольфраму, щоб точніше охарактеризувати розмір частинок, зразки «стану подрібнення» повинні використовуватися для випробувань середнього розміру частинок і розподілу частинок за розміром. 

ТРозподіл частинок вольфрамового порошку за розміром залежить від розміру його частинок. Як правило, чим більший середній розмір частинок порошку вольфраму, тим ширший розподіл частинок за розміром. Для даного розміру частинок у виробництві такі методи, як використання вологого водню або додавання сполук лужних металів до оксиду вольфраму, можуть збільшити розмір частинок і звужувати діапазон розподілу частинок за розміром. Визначення розподілу частинок за розмірами часто проводять за допомогою зразків «основного стану». 

Середній розмір частинок вольфрамового порошку зазвичай виражається його діаметром (у мікрометрах). Проте у виробничій практиці часто використовуються деякі напівкількісні поняття. Загальні класифікації включають: 

Дуже грубі частинки: середній розмір частинок > 30 мкм; 

30 мкм; 

Грубі частинки: середній розмір частинок від 10 до 30 мкм; 

Частинки середнього розміру: середній розмір частинок від 3 до 10 мкм; 

Дрібні частинки: середній розмір частинок 0,5 - 3 мкм; 

Наддрібні частинки: середній розмір частинок

(2) Ступінь агрегації

Ступінь агрегації порошків зазвичай характеризується різницею в розмірі частинок між порошками «доданого стану» та порошками «основного стану». Ступінь агрегації дрібнодисперсного порошку вольфраму, як правило, вищий, ніж у грубого порошку вольфраму. Для виробництва вольфрамового матеріалу ступінь агрегації безпосередньо впливає на міцність необробленого шматка. У процесі виробництва WC ступінь агрегації w порошку впливає на рівномірність розподілу вуглецю. 

(3) Морфологія частинок

Морфологія частинок порошку вольфраму впливає на ефективність його пресування та міцність необробленого тіла. Неправильна морфологія частинок призводить до зчеплення між частинками, тим самим підвищуючи міцність зеленого тіла. Сферичний порошок вольфраму має хорошу текучість і особливо підходить для розпилення матеріалів. Подібним чином, при приготуванні WC морфологія порошку вольфраму також впливає на морфологію порошку WC. 

(4) Питома площа поверхні

Загальна площа поверхні, якою володіє одиниця маси порошку вольфраму, називається питомою площею поверхні порошку вольфраму, яка зазвичай виражається в одиницях м2·г-1. Питома поверхня вольфрамового порошку зазвичай коливається від 0,01 до 12 м2·г-1. Він опосередковано відображає розмір частинок і морфологію вольфрамового порошку і є важливим показником для оцінки активності спікання, характеристик розчинення та здатності до реакції з газоподібними та твердими речовинами під час процесу карбонізації вольфрамового порошку. 

(5) Розсипна щільність і ущільнена щільність

Пухка щільність і ущільнена щільність вольфрамового порошку зростають із збільшенням середнього розміру частинок порошку. Зв’язок між розсипчастою щільністю вольфрамового порошку, виробленого певною фабрикою, та середнім розміром його частинок за Фішером показано в таблиці 4-4. Чим вужчий розподіл частинок порошку за розміром, тим складніша морфологія частинок, і чим сильніша агрегація, тим менша щільність розсипу. Як правило, параметри процесу відновлення можна регулювати, щоб контролювати його.

(6) Текучість

Текучість вольфрамового порошку залежить від розміру частинок, розподілу частинок за розміром і морфології частинок. Чим грубіші частинки порошку, тим округліші частинки, і чим гладкіша поверхня, тим краща текучість. Текучість порошку вольфраму зазвичай вимірюється швидкістю потоку Холла, яка виражається як час, необхідний для того, щоб 50 г порошку вольфраму протікали через певний маленький отвір у витратомірі Холла. Текучість порошку безпосередньо впливає на об'ємне навантаження в процесі пресування і рівномірність щільності лиття під тиском. 

(7)Стисливість

Стисливість означає здатність вольфрамового порошку стискатися за певних умов пресування. Зазвичай його вимірюють у стандартних прес-формах за певних умов змащування та виражають щільністю порошку пресованого продукту під заданим тиском. Це також може бути представлено графіком кривої, що показує зміну щільності пресованого продукту з тиском пресування. 

(8) Формованість