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    行业动态

    金属钨粉的性能

    时间:2015-08-10 13:38:42来源:本站人气:2522

          金属钨粉的性能在很大程度上影响后续产品的加工性能和质量。不论是硬质合金领域或钨材加工领域都对原料钨粉提出了相应的化学纯度和物理性能要求,特别是对物理性能的要求愈来愈高。

         1.化学纯度
          硬质合金及钨制品生产时,对钨粉的化学纯度要求较高。钨粉中残留的杂质元素对产品的加工性能和使用性能产生影响。例如,在以APT为原料生产钨粉的过程中,物料与煅烧、还原炉管以及舟皿等直接接触,引起Fe、Ni、Cr、Si等杂质含量增高,化学纯度降低。这些杂质元素有的是从原料带入的,有的是由舟皿或炉管材料脱落引起的,当它们达到一定的含量或聚集成足够大的尺寸时,可能成为后续加工或使用的缺陷源。

          钨粉中杂质对硬质合金性能的影响非常复杂。有些是有害的,有些是有益的。目前的研究认为Ca、Mg、P、As、Si、S、Fe、Ni、Cu、Al、Mo会使合金强度降低,K、Na促进WC晶粒长大,V和cr则起抑制晶粒长大的作用。如WO,中的Mo含量超过0.5%后,会引起后续合金抗弯强度降低。

          钨粉中的氧能与碳化物发生反应,吸收碳化物中的碳而引起硬质合金脱碳,合金严重脱碳时出现叼相,使合金变脆;反应放出的气体增加合金中的孔隙度,降低合金的强度。根据不同的还原工艺与设备,钨粉中的氧含量一般在0.05%~0.5%(质量分数)之间,且随钨粉粒度的减小而增加。

          钨粉的化学纯度要求如表3-1所示。

          2.物理性能
          金属钨粉的物理性能主要有平均粒度、粒度分布、颗粒聚集度、颗粒形貌、比表面积、松装密度、振实密度、霍尔流速等。

          (1)平均粒度和粒度分布
          不论是硬质合金或钨制品,对钨粉的平均粒度和粒度分布都有着严格的要求。在硬质合金领域,钨粉的粒度和粒度分布直接影响所生产的wC粉的粒度及粒度分布。wC粉粒度则影响硬质合金制品的性能。

         研究发现,WC粉的特性受钨粉特性的制约,钨粉碳化成WC后,颗粒大小略有变化,一般情况下,wc粉的晶粒度比原料钨粉的晶粒度更小。生产粗、中、细颗粒的WC粉需要采用粗、中、细颗粒的钨粉,不均匀的钨粉碳化所得到的WC粉也不均匀。粗、中、细颗粒钨粉碳化后粉末粒度变化如表3-2所示。
          不同用途的硬质合金根据其所用WC粉粒度不同,对原料钨粉的平均粒度及粒度组成有不同的要求。切削刀具要求钨粉及WC粉粒度细,粒度分布较窄。冲击工具要求钨粉及WC粉粗,粒度分布较宽。粗晶WC用平均粒度25.8μm钨粉的粒度分布如图3-1所示。
          测定粉末粒度和粒度分布的方法很多,费氏粒度仪和激光粒度分析仪在金属钨粉中应用比较广泛。但由于两种测定方法的原理不同,同一粉末所得测定值不尽相同,因此钨粉粒度一般应说明是费氏平均粒度或激光平均粒度。另外还应指出,“供应态”钨粉通常存在不同程度的团聚,它与生产条件有关。采用这种样品测量得到的钨粉平均粒度与粉末的真实粒度存在差异。例如,某些亚微细钨粉“供应态”的粒径为1~2μm,经解聚分散后的数值降至0.4-~0.5μm。对粒度在1~10μm范围的钨粉,在大多数情况下测定“供应态”粒径即可满足生产要求。对于亚微细钨粉和较粗颗粒的钨粉,为了更准确地表征颗粒的大小,须采用“研磨态”样品进行平均粒度和粒度分布测试。

          粒度分布是粒度的函数。粒度愈粗,粒度分布愈宽。对某一给定的粒度,生产中采用湿氢或向氧化钨(或APT中)中添加碱金属(如K、Na等)等方法,可使晶粒长大。粒度分布的测定常采用“研磨态”样品。

         钨粉的平均粒度一般用其直径的微米数表示,但在生产实践中往往采用一些半定量的概念,通常的分类有:

         ①特粗颗粒:平均粒度>30μm;

         ②粗颗粒:平均粒度10~30μm;
     
         ③中颗粒:平均粒度3~10μm;

         ④细颗粒:平均粒度0.5~3μm;

         ⑤超细颗粒:平均粒度<0.5μm。

         (2)聚集程度
         通常用“供应态”粉末和“研磨态”粉末的粒度之差来表征粉末的聚集程度。细钨粉的聚集程度通常比粗钨粉高。对钨材生产而言,聚集程度直接影响到生坯的强度。在WC生产过程中,钨粉的聚集程度对配碳的均匀性产生影响。

         (3)颗粒形貌
         钨粉的颗粒形貌对其压制性能和生坯强度产生影响。不规则的颗粒形貌引起颗粒间的互锁,提高生坯强度。球形钨粉流动性好,特别适用于喷涂材料。同样在制备WC时,钨粉的形貌亦影响到WC粉的形貌。

         (4)比表面积
         单位质量钨粉所具有的总表面积称为钨粉的比表面积,常用m2/g来表示。钨粉的比表面积通常在0.01~12m2/g之间。它间接反映钨粉的粒度大小和颗粒形貌,是衡量钨粉的烧结活性、溶解特性以及在碳化过程中与气固态物质反应能力的重要指标。

         (5)松装密度和振实密度
         钨粉的松装密度和振实密度随粉末平均粒度的增加而增加,典型钨粉的松装密度与其费氏平均粒度的关系如表3-3所示。粉末的粒度分布愈窄、颗粒形貌愈复杂的聚集程度愈严重,则松装密度愈小,一般可通过调整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、粒度分布以及颗粒形貌的影响,粉末粒度越粗、颗粒越圆、表面越光滑,则流动性越好。钨粉的流动性通常用霍尔流速来度量,即用50g钨粉流过霍尔流动计规定小孔的时间来表示。粉末的流动性直接影响压制过程的容积装料和压坯密度的均匀性。

         (7)压缩性
         在规定压制条件下钨粉被压紧的能力称为压缩性。通常在标准的模具中、在规定的润滑条件下加以测定,用在规定的压力下粉末所达到的压坯密度来表示。也可用压坯密度随压制压力变化的曲线图来表示。

         (8)成形性
         即钨粉压坯保持既定形状的能力。用粉末得以成形的最小单位压力来表示,或用在一定成形压力下压坯的强度来衡量。
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