鎢粉形貌影響石油射孔彈穿深性能

隨著對石油射孔彈研究的深入,藥型罩的爆炸聚能作用越來越受重視,藥型罩材料是聚能效應能量的載體,其性能直接影響著射流品質的優劣。而鎢粉的形貌影響著聚能性能,進而影響射孔彈的穿深性能。鎢粉形貌不規則,有條狀及片狀粉末,表面不光滑,粒度分佈範圍較寬,少量細小粉末有團聚現象產生,還有類球形狀,表面較為光滑,粒度分佈範圍較窄,少量細小粉末也出現團聚現象。

利用條狀及片狀的粉末製備射孔彈平均穿深僅為212.2mm,而採用類球形狀粉末製備的射孔彈平均穿深可以達到244.8mm。研究顯示,類球形的鎢粉影響石油射孔彈穿深性能更高,由於類球形的鎢粉流動性能更好,有利於提高藥型罩密度分佈均勻性,從而改善射孔彈爆轟形成的射流的特性,提高射孔彈穿深性能和穩定性。
 

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鎢粉形貌與粒度分佈影響

鎢粉形貌與粒度分佈影響製品成形性(同等壓制條件下,壓坯保持其外觀完整性的能力)壓坯強度。

採用不同氧含量的氧化鎢:黃鎢、藍鎢、紫鎢為原料,通過氫還原得到3種平均粒度相同但粒度分佈與顆粒形貌不同的鎢粉為樣品,將鎢粉用模壓成型法壓制成強度測試用的試樣。尺寸為12.7mm×6.35mm×31.75mm。

通過三點彎曲法,在微機控制萬能電子試驗機上測定未加成形劑壓坯的抗彎程度,跨距為13.5mm,測量誤差=0.01N,壓頭移動速率為0.5mm/min,每組樣品各取5根壓坯試樣品進行測定,取其平均值。

採用重力沉降光透法測量粉末的粒度分佈,通過掃描鏡觀察粉末形貌。

通過控制原料氧化鎢中紫鎢、藍鎢、黃鎢的比例,可以對鎢粉顆粒形貌與粒度分佈等參數進行有效調控。在粉末費氏粒度相當的條件下,鎢粉的成形性能與鎢粉末壓坯的強度受鎢粉的顆粒形貌與粒度分佈等參數的影響較大,粉體中細顆粒的含量越高,顆粒的形貌越不規則,則其成形性能越好,壓坯強度越高。
 

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流態化技術制取超細鎢粉

流態化技術制取超細鎢粉,稱取適量偏鎢酸銨噴霧乾燥的微粉放入流化床多孔板上,通入空氣然後啟動加熱電阻爐使床溫按程式升溫,接著將反應後的氧化鎢轉入流化床篩板上,先以氫氣建立流化曲線,然後通入一定比例的氫氣,(通常是稀釋1倍),再測量並求出相應的流化曲線和操作速度,在此基礎上,再啟動電熱爐的電源及溫控系統,通氫溫度是500℃,當溫度升至600攝氏度且維持1h後將溫度繼續調高至750℃,並在750℃以及850℃時各維持1h後,降溫至650℃時關閉氫氣,當溫度降至室溫時取出流化床並打開螺帽倒出鎢粉。取出時應加蓋儲存,防止活性鎢粉被空氣氧化。
 

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製備細顆粒鎢粉設備——帶式無舟皿連續還原爐

隨著科技的發展細顆粒鎢粉用於生產硬質合金越來越廣泛。細顆粒鎢粉可通過帶式無舟皿連續還原爐設備制取。

以工業藍色氧化鎢和超細黃色氧化鎢為原料,採用帶式無舟皿連續還原爐,還原爐整套設備分為:進料段、還原段、緩冷段、冷卻段及出料段,物料經由勻速運動的鋼帶輸送,操作時工作溫度調至950℃,切勿過高,不然會影響成品的粒度,然後以氫氣為還原氣體,分別還原藍鎢和黃鎢,可制得比表面為3.5㎡/g,粒度為90nm左右的均勻細顆粒鎢粉。

採用帶式無舟皿連續還原爐,不使用舟皿,將粉末直接平鋪在鋼帶上,消除了氣流不均勻現象,並解決了多根爐管之間溫度不均勻的問題,從而可以保證粉末的還原速率一致,製備出均勻的粉末。
 

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中國鎢粉品質評估

鎢粉不僅是硬質合金的主要原料,而且也是鎢基高比重合金的主要原料,其應用十分廣泛。用於硬質合金的鎢粉約占鎢消費的60%,用於鎢基高比重和金的鎢粉占消費的15%,鎢粉的研究以及應用一直受到國家的重視。

受國家品質技術監督局的委託,中國有色金屬工業局粉末冶金產品品質監督檢查中心於1993年和1998年對全國鎢粉進行了兩次國家監督抽查。

1993年,抽查的企業數18個,合格企業數15個,合格率為83.3%,抽查產品數18個,合格產品數15個,合格率為83.3%。

1998年抽查的企業數12個,合格企業數10個,合格率83.3%,抽查產品數15個,合格產品數13個,合格率86.7%,產品合格率92.8%。

通過兩次抽查發現,我國鎢粉品質整體水準是較高的,但有部分企業對鎢粉中雜質元素含量控制不嚴,還有極個別企業生產工藝落後,程序控制不嚴,以至於鎢粉中有機械夾雜物,致使鎢粉品質不合格。對於存在的問題,相關企業應加強管理,堅持技術改造,提高人員素質,完善檢測手段,健全質保體系,從而使得鎢粉品質整體水準再上一層樓。
 

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篩選鎢粉

篩選鎢粉,可運用掃描電鏡,通過掃描電鏡圖譜來分析並篩選鎢粉。

在生產控制過程中,以仲鎢酸銨為原料通氫還原成鎢粉,由於其在還原過程裏,所選取的原料均勻度不同,並且存在著不同的還原路徑和還原速度,從而制得的鎢粉也不均勻。

用仲鎢酸銨在空氣中煆燒制得黃鎢,在氫氣中還原成藍鎢和紫鎢。用掃描電鏡觀察它們的形貌,從掃描電鏡圖可看出,仲鎢酸銨制出的各種氧化鎢仍保留了仲鎢酸銨的外形,藍鎢晶體上的裂紋比黃鎢多,紫鎢是由大量雜亂排列的細針狀晶體組成。因此,在還原過程中,可通過掃描電鏡集中篩選出具有獨特的針狀晶形的紫鎢,使其有效的利用其間存在較大的間隙,疏鬆的聚合體的特點,在氫還原時提高氫的滲入和水蒸氣的溢出,從而提高生成鎢粉的速度以及均勻度。
 

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如何提高混合合批後鎢粉末均勻度

混合合批後的鎢粉末很難像食鹽溶于水形成的溶液那樣均勻,但,在先進工業生產過程中,對混合合批後鎢粉末均勻度的要求日益提高。粉末物料的均勻度是否理想可以通過後期的操作,提高均勻度。

提高混合合批後鎢粉末均勻度,可通過雙圓錐型混合器操作。首先將金屬鎢粉放置1000升雙圓錐型混合器混合合批60min後,費氏粒度的最大差值由合批前的0.55μm減少到0.08μm微量元素K含量的最大差值由合批前的16ppm減少到9ppm,混合合批時間延長至90min,粒度的最大差值繼續減少到7ppm。著說明經過混合合批額粒度和K含量的隨時間的增加,最大差值減小,均勻度得到提高。
 

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六氯化鎢制取鎢粉

六氯化鎢制取鎢粉以鎢廢料為原料,通過內管直徑為20-25mm,中間擴大處直徑為60mm的反應器採用直接氯化法氫還原而成。還原過程,首先將鎢廢料裝在內管的中間擴大處,每次裝料量為1-1.5公斤,內、外管均在通氫情況下加熱,反應器氯化段的溫度加熱到800℃保溫,還原段加熱至1000℃,待溫度升至所需溫度,保溫1h,是反應器表面和原料中的水分得以有效除去,並使原料表面可能存在的氧化膜通過氫還原除去,然後在外管繼續通氫的情況下,內管停止通氫,該通氯氣,以趕除內管中的氫氣,待管內中的氫氣隨同氯氣一道通入內管,此時氯氣即與原料鎢反應,生成氣態的六氯化鎢與五氯化鎢的混合物,此氯化鎢流入還原段外管,與預熱了的外管氫氣相遇,發生氣相反應,生成鎢粉。

六氯化鎢制取鎢粉,具有粒度超細,顆粒形狀規整、粒度分佈狹窄,化學純度高及晶粒不易變更的熱電,是其他工藝所不能比擬的。所制得的成品,為硬質合金提供了好原料,還會在人造金剛石鑽頭,高比重和金、鎢材、電觸頭,篩檢程式等方面找到重要用途。
 

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La元素對鎢粉形貌影響

鎢粉是一種外貌呈銀灰色粉末的金屬鎢,是加工粉末冶金鎢製品和鎢合金的主要原料。鎢粉與其他金屬粉末混合,可以製成各種鎢合金,如鎢鉬合金、鎢錸合金、鎢銅合金和高密度鎢合金等。鎢粉的另一個重要應用是製成碳化鎢粉,進而製備硬質合金工具,如車刀、銑刀、鑽頭和模具等。而加入La元素的金屬鎢粉綜合性能更好,能夠明顯改善鎢粉的抗震性能。

用SEM對La含量不同的鎢粉進行觀察,發現不同La含量的粉末,其形貌有十分明顯的差異,普通鎢粉末顆粒形貌為准球形,且大小分佈不均,低La含量的鎢粉末,顆粒形貌介於球形和多面體之間,且顆粒與顆粒之間互相粘附,聚集成團;高La含量鎢粉末形貌為規則對面體。顯然,這是由於加入La元素改變鎢粉晶面的能量狀態,使得粉末呈規則多面體。
 

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鎢合金穿甲彈穿杆-液態混合製造

鎢合金穿甲彈穿杆的材料決定了穿杆的密度、強度、韌性等方面情況。材料密度不高,穿杆不能夠聚集足夠的動能。強度不足,穿杆不能有效地破壞裝甲結夠。韌性不強,穿杆容易被粉碎或折斷,穿透能力當然也會大打折扣。

先進的鎢合金穿甲彈穿杆是液態混合製造的(liquid phase sintering) ,一般含鎢90%-97%,另外含有鎳、鐵一類的物質。製造這種鎢穿杆,首先把各物質磨成細末按比例混合起來,壓制成杆狀,然後加熱。由於鐵、鎳一類物質的融點低於鎢,加熱後它們會比鎢的顆粒先融化掉。這些融化的液態金屬流動、充實鎢顆粒間的空隙,使得混合更加均勻。然後, 鎢達到半融化或者融化,但不能流動,與液態的鐵、鎳等形成金屬矩陣。另外由於軟化和重新凝結,鎢顆粒的自身結構更緊密,密度也有所提高。凝固了的矩陣鎢合金穿杆再被軋製,壓得更細更長,這樣結構更加緊密,強度和韌性也就更大。

美國152毫米的XM578、105毫米的M735和德國的DM-13是比較早期的採用液凝方式鎢穿杆的穿甲彈,但當時的加工技術有限,不能夠令鎢杆達到需要的強度和韌性。這些性質達不到要求,穿杆撞擊裝甲就容易碎裂,而且在發射過程中承受五萬多G的加速度,也可能出現碎裂。特別是長穿杆,構成物質的強度、 硬度、韌性必須都達到要求。於是這些穿杆的鎢杆外又加上了一層鋼制的夾克。鋼容易加工,可以達到要求,鋼的夾克可以幫助降低夾克內相對脆弱的鎢杆碎裂的機會。俄國的第 一種鎢杆穿彈,BM-42,也使用了這種夾克方式。由於鋼的加入令整體的平均密度下降,另外鋼夾克下的鎢杆仍然不能達到理想的硬度和韌性,鋼夾克鎢杆的材料係數只能達到0.9上下。


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2024年1月份贛州鎢協預測均價與下半月各大型鎢企長單報價。

 

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