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金屬鎢粉的性能

時間:2015-08-10 13:38:42來源:本站人氣:3160

      金屬鎢粉的性能在很大程度上影響后續產品的加工性能和質量。不論是硬質合金領域或鎢材加工領域都對原料鎢粉提出了相應的化學純度和物理性能要求,特別是對物理性能的要求愈來愈高。

     1.化學純度
      硬質合金及鎢制品生產時,對鎢粉的化學純度要求較高。鎢粉中殘留的雜質元素對產品的加工性能和使用性能產生影響。例如,在以APT為原料生產鎢粉的過程中,物料與煅燒、還原爐管以及舟皿等直接接觸,引起Fe、Ni、Cr、Si等雜質含量增高,化學純度降低。這些雜質元素有的是從原料帶入的,有的是由舟皿或爐管材料脫落引起的,當它們達到一定的含量或聚集成足夠大的尺寸時,可能成為后續加工或使用的缺陷源。

      鎢粉中雜質對硬質合金性能的影響非常復雜。有些是有害的,有些是有益的。目前的研究認為Ca、Mg、P、As、Si、S、Fe、Ni、Cu、Al、Mo會使合金強度降低,K、Na促進WC晶粒長大,V和cr則起抑制晶粒長大的作用。如WO,中的Mo含量超過0.5%后,會引起后續合金抗彎強度降低。

      鎢粉中的氧能與碳化物發生反應,吸收碳化物中的碳而引起硬質合金脫碳,合金嚴重脫碳時出現叼相,使合金變脆;反應放出的氣體增加合金中的孔隙度,降低合金的強度。根據不同的還原工藝與設備,鎢粉中的氧含量一般在0.05%~0.5%(質量分數)之間,且隨鎢粉粒度的減小而增加。

      鎢粉的化學純度要求如表3-1所示。

      2.物理性能
      金屬鎢粉的物理性能主要有平均粒度、粒度分布、顆粒聚集度、顆粒形貌、比表面積、松裝密度、振實密度、霍爾流速等。

      (1)平均粒度和粒度分布
      不論是硬質合金或鎢制品,對鎢粉的平均粒度和粒度分布都有著嚴格的要求。在硬質合金領域,鎢粉的粒度和粒度分布直接影響所生產的wC粉的粒度及粒度分布。wC粉粒度則影響硬質合金制品的性能。

     研究發現,WC粉的特性受鎢粉特性的制約,鎢粉碳化成WC后,顆粒大小略有變化,一般情況下,wc粉的晶粒度比原料鎢粉的晶粒度更小。生產粗、中、細顆粒的WC粉需要采用粗、中、細顆粒的鎢粉,不均勻的鎢粉碳化所得到的WC粉也不均勻。粗、中、細顆粒鎢粉碳化后粉末粒度變化如表3-2所示。
      不同用途的硬質合金根據其所用WC粉粒度不同,對原料鎢粉的平均粒度及粒度組成有不同的要求。切削刀具要求鎢粉及WC粉粒度細,粒度分布較窄。沖擊工具要求鎢粉及WC粉粗,粒度分布較寬。粗晶WC用平均粒度25.8μm鎢粉的粒度分布如圖3-1所示。
      測定粉末粒度和粒度分布的方法很多,費氏粒度儀和激光粒度分析儀在金屬鎢粉中應用比較廣泛。但由于兩種測定方法的原理不同,同一粉末所得測定值不盡相同,因此鎢粉粒度一般應說明是費氏平均粒度或激光平均粒度。另外還應指出,“供應態”鎢粉通常存在不同程度的團聚,它與生產條件有關。采用這種樣品測量得到的鎢粉平均粒度與粉末的真實粒度存在差異。例如,某些亞微細鎢粉“供應態”的粒徑為1~2μm,經解聚分散后的數值降至0.4-~0.5μm。對粒度在1~10μm范圍的鎢粉,在大多數情況下測定“供應態”粒徑即可滿足生產要求。對于亞微細鎢粉和較粗顆粒的鎢粉,為了更準確地表征顆粒的大小,須采用“研磨態”樣品進行平均粒度和粒度分布測試。

      粒度分布是粒度的函數。粒度愈粗,粒度分布愈寬。對某一給定的粒度,生產中采用濕氫或向氧化鎢(或APT中)中添加堿金屬(如K、Na等)等方法,可使晶粒長大。粒度分布的測定常采用“研磨態”樣品。

     鎢粉的平均粒度一般用其直徑的微米數表示,但在生產實踐中往往采用一些半定量的概念,通常的分類有:

     ①特粗顆粒:平均粒度>30μm;

     ②粗顆粒:平均粒度10~30μm;
 
     ③中顆粒:平均粒度3~10μm;

     ④細顆粒:平均粒度0.5~3μm;

     ⑤超細顆粒:平均粒度<0.5μm。

     (2)聚集程度
     通常用“供應態”粉末和“研磨態”粉末的粒度之差來表征粉末的聚集程度。細鎢粉的聚集程度通常比粗鎢粉高。對鎢材生產而言,聚集程度直接影響到生坯的強度。在WC生產過程中,鎢粉的聚集程度對配碳的均勻性產生影響。

     (3)顆粒形貌
     鎢粉的顆粒形貌對其壓制性能和生坯強度產生影響。不規則的顆粒形貌引起顆粒間的互鎖,提高生坯強度。球形鎢粉流動性好,特別適用于噴涂材料。同樣在制備WC時,鎢粉的形貌亦影響到WC粉的形貌。

     (4)比表面積
     單位質量鎢粉所具有的總表面積稱為鎢粉的比表面積,常用m2/g來表示。鎢粉的比表面積通常在0.01~12m2/g之間。它間接反映鎢粉的粒度大小和顆粒形貌,是衡量鎢粉的燒結活性、溶解特性以及在碳化過程中與氣固態物質反應能力的重要指標。

     (5)松裝密度和振實密度
     鎢粉的松裝密度和振實密度隨粉末平均粒度的增加而增加,典型鎢粉的松裝密度與其費氏平均粒度的關系如表3-3所示。粉末的粒度分布愈窄、顆粒形貌愈復雜的聚集程度愈嚴重,則松裝密度愈小,一般可通過調整還原過程的工藝參數來控制。
     (6)流動性
     鎢粉的流動性受粒度、粒度分布以及顆粒形貌的影響,粉末粒度越粗、顆粒越圓、表面越光滑,則流動性越好。鎢粉的流動性通常用霍爾流速來度量,即用50g鎢粉流過霍爾流動計規定小孔的時間來表示。粉末的流動性直接影響壓制過程的容積裝料和壓坯密度的均勻性。

     (7)壓縮性
     在規定壓制條件下鎢粉被壓緊的能力稱為壓縮性。通常在標準的模具中、在規定的潤滑條件下加以測定,用在規定的壓力下粉末所達到的壓坯密度來表示。也可用壓坯密度隨壓制壓力變化的曲線圖來表示。

     (8)成形性
     即鎢粉壓坯保持既定形狀的能力。用粉末得以成形的最小單位壓力來表示,或用在一定成形壓力下壓坯的強度來衡量。
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