钨金属粉末的性能

钨粉的性能对后续产品的加工性能和质量有着重大影响。因此，无论是硬质合金领域还是钨材料加工领域都对原料钨粉的化学纯度和物理性能提出了相应的要求，特别是对物理性能的要求越来越高。 

化学纯度

制造硬质合金和钨制品时，要求钨粉的化学纯度较高。钨粉中残留的杂质元素对产品的加工性能和使用性能有影响。影响非常复杂，有有害的，也有有益的。目前的研究表明，Ca、Mg、P、As、Si、S、Fe、Ni、Cu、Al和Mo会降低合金的强度，而K和Na会促进WC晶粒的长大。另一方面，V 和 Cr 抑制晶粒生长。如果WO中Mo含量超过0.5%，会导致合金抗弯强度下降。目前生产的大多数钨粉品种，残留金属杂质（不包括作为添加剂添加的）含量在万分之几到十万分之几范围内。 

钨粉中的氧能与碳化物发生反应，从碳化物中吸收碳，引起硬质合金脱碳。当合金严重脱碳时，出现γ相，使合金变脆。反应释放的气体增加了合金的孔隙率并降低了其强度。根据不同的还原工艺和设备，钨粉中的氧含量一般在0.05%～0.5%之间，并随着钨粉粒径的减小和比表面积的增加而增加。因此，必须适当放宽细粒钨粉中氧含量的要求。钨粉化学纯度要求见表4-1，氧含量要求见表4-2。

钨粉中的杂质元素可能来自原材料，也可能是生产过程中引入的。因此，防止加工过程中物料的污染具有重要意义。例如，以APT为原料生产钨粉时，物料与煅烧炉、还原炉管、坩埚直接接触，导致Fe、Ni、Cr、Si等杂质含量增加，化学纯度下降。当它们的含量达到一定水平或聚集到足够的尺寸时，它们可能成为后续加工或使用的缺陷来源。因此，要保证钨粉的纯度，除了严格控制原材料APT的质量外，防止过程中的污染也非常重要。 

2. 物理性能

金属钨粉的物理性能主要包括平均粒径、粒度分布、颗粒聚集程度、颗粒形貌、比表面积、堆积密度、压实密度、霍尔流量等。 

(平均粒径及粒径分布)

无论是硬质合金还是钨制品，对钨粉的平均粒径和粒径分布都有严格的要求。在硬质合金领域，W粉的粒度和粒度分布直接影响生产的WC粉的粒度和粒度分布。 WC粉末的粒度进一步影响硬质合金产品的性能。 

研究发现WC粉的性能受到W粉性能的限制。 W粉碳化形成WC后，粒径发生轻微变化。生产粗、中、细粒度的WC粉，需要使用粗、中、细粒度的W粉。 W粉碳化不均匀导致WC粉不均匀。粗粒、中粒、细粒W粉碳化后粉末粒径的变化见表4-3。

不同用户对钨粉粒度的要求不同。对于硬质合金领域，对于不同用途的各类硬质合金，由于所使用的WC粉末粒度不同，对原料W粉末的平均粒度和粒度组成有不同的要求。所有切削刀具都要求W粉和WC粉具有细粒度和窄粒度分布。冲击工具要求W粉和WC粉较粗，粒度分布较宽。用于制备粗粒WC的平均粒径为25.8μm。 W粉的代表性粒度分布如图4-1所示。

对于钨材料加工来说，钨粉的平均粒度和粒度分布对后续产品的压制性能、坯体（又称压制体）的密度、烧结性能等都有影响。较小的粉末颗粒尺寸和较复杂的形状会导致颗粒之间更大的摩擦力，导致生坯的密度降低。粒度分布越窄，颗粒排列越松散。更宽的粒径分布，甚至不同平均粒径的粉末混合，可以获得更好的颗粒排列，获得更高的生坯强度。在钨材料加工领域，一般要求钨粉的平均粒径在2～6μm范围内。 

测定粉末粒度和粒度分布的方法有很多。费歇尔仪器和激光粒度分析仪广泛用于钨粉检测。但由于这两种测量方法的原理不同，同一粉末得到的测量值可能会有所不同。因此，钨粉的粒径一般应表述为费歇尔平均粒径或激光平均粒径。另外，需要注意的是，“供应状态”的钨粉通常都会有不同程度的团聚，这与生产条件有关。使用此类样品测量的钨粉的平均粒径可能与粉末的实际粒径不同。例如，一些暗淡细钨粉在“供应状态”下的粒径为1-2μm，解聚分散后，该值下降到0.4-0.5μm。对于粒度在1-10μm范围内的钨粉，大多数情况下，测量“供应状态”粒度即可满足生产要求。对于亚微米钨粉和较粗的钨粉，为了更准确地表征颗粒尺寸，必须采用“研磨状态”样品进行平均粒度和粒度分布测试。 

时间钨粉的粒度分布与其粒度有关。一般来说，钨粉的平均粒径越大，粒径分布越宽。对于给定的粒径，在生产中，采用湿氢或在氧化钨中添加碱金属化合物等方法，可以使粒径变大，并将粒径分布范围控制得更窄。粒度分布的测定通常使用“基态”样品进行。 

钨粉的平均粒径一般用其直径（单位为微米）来表示。然而，在生产实践中，经常使用一些半定量的概念。常见的分类包括： 

非常粗的颗粒：平均粒径>30μm； 

30μm； 

粗颗粒：平均粒径10～30μm； 

中等粒径：平均粒径3～10μm； 

细颗粒：平均粒径0.5-3μm； 

超细颗粒：平均粒径

(2)聚集度

粉末的聚集程度通常用“供应状态”粉末和“研磨状态”粉末之间的粒径差异来表征。细钨粉的聚集度一般高于粗钨粉。对于钨材料生产来说，聚集程度直接影响生件的强度。在WC生产过程中，W粉的聚集程度对碳分布的均匀性有影响。 

(3)颗粒形貌

钨粉的颗粒形貌对其压制性能和坯体强度有影响。不规则的颗粒形态导致颗粒之间互锁，从而提高生坯的强度。球形钨粉流动性好，特别适合喷涂材料。同样，制备WC时，钨粉的形貌也会影响WC粉末的形貌。 

(4) 比表面积

单位质量的钨粉所具有的总表面积称为钨粉的比表面积，通常以m2·g-1为单位表示。钨粉的比表面积通常为0.01至12 m2·g-1。它间接反映了钨粉的粒径和形貌，是评价钨粉碳化过程中烧结活性、溶解特性以及与气态和固态物质反应能力的重要指标。 

(5)松散密度和压实密度

钨粉的松装密度和压实密度随着粉末平均粒径的增大而增大。某厂生产的钨粉松装密度与其费歇尔平均粒径的关系见表4-4。粉体的粒度分布越窄，颗粒形貌越复杂，聚集越严重，松散密度越小。一般可通过调节还原过程的工艺参数来控制。

(6)流动性

钨粉的流动性受粒度、粒度分布和颗粒形态的影响。粉末颗粒越粗，颗粒越圆，表面越光滑，流动性越好。钨粉的流动性通常用霍尔流量来衡量，用霍尔流量计中50g钨粉流过指定小孔所需的时间来表示。粉末的流动性直接影响压制过程中的体积负荷和压铸密度的均匀性。 

(7)压缩性

压缩性是指钨粉在规定的压制条件下被压缩的能力。通常是在标准模具中在规定的润滑条件下测定的，并用压制制品在规定压力下的粉末密度来表示。也可以用曲线图来表示，显示压制产品密度随压制压力的变化。 

(8) 成型性