稀土在鎢電極中的作用

鎢電極

在鎢電極中,釷鎢電極具有良好的焊接性能,是應用最廣泛的鎢電極。但是因為釷具有放射性污染,在生產和使用的過程中會危害人類的健康和污染環境。經過不斷的研究和發展,研究者研製除了多元複合稀土鎢電極,它被認為是代替釷鎢電極的最佳材料。

稀土作為活性物質添加到鎢基體中能夠有效的降低鎢電極材料的逸出功,提高其焊接性能。在多元稀土鎢電極中,摻雜稀土元素包括La、Y和Ce。這三種元素在不同的溫度下擴散速率不同,Ce是最先向表面擴散,降低材料表面的逸出功,使得點擊引弧容易。穩弧燃燒時,La在表面覆蓋度最大,起主要作用。而在大電流下工作時,Y能夠及時向表面擴散遷移,位錯表面活性層的覆蓋度,使得點擊在大電流條件下也能穩定工作。這三種稀土元素協同作用,使得多元複合電極的性能優於釷鎢電極。

另外,稀土有利於細化還原粉末,易於促進β-W的形成。β-W的形成使得燒結工藝不易於控制。在鎢電極燒結過程中,稀土不僅會對鎢晶粒的長大起阻礙作用,且提高了鎢的回復和再結晶溫度,使得鎢電極的變形抗力增大,導致燒結工藝不易於控制。這也是,多元複合稀土鎢電極加工成品率低,生產成本高的原因之一。

未來的研究應該朝著提高多元複合稀土鎢電極製備技術的方向發展,提高成品率和加工率,降低生產成本,使其應用更加廣泛。

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含火山灰的三氧化鎢脫硝催化劑

火山灰是指由火山噴發出而直徑小於2毫米的碎石和礦物質粒子。在爆發性的火山運動中,固體石塊和熔漿被分解成細微的粒子而形成火山灰。在一些火山灰質的混合料中,存在著一定數量的活性二氧化矽、活性氧化鋁等活性組分。
 
我國的能源結構以煤炭為主,燃煤產生的氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源 之一,它不僅會引起酸雨、光化學煙霧等破壞地球生態環境的一系列問題,而且嚴重危害人體健康。常規的蜂窩式催化劑製造是以含三氧化鎢和納米級二氧化鈦作為主要原料與水、粘合劑、助擠劑、擴孔劑、潤滑劑、玻璃纖維等充分混煉得到塑性泥料,再將塑性泥料擠出成型為濕態蜂窩催化劑坯體,經乾燥、煆燒得到成型催化劑。

火山灰與脫硝催化劑
 
研究發現一種含火山灰的三氧化鎢脫硝催化劑,其組分包括: 納米二氧化鈦粉體72~81份、火山灰5~15份、偏鎢酸銨0.9~3份、偏釩酸銨0.7~2份、單乙醇胺2~6份、羧甲基纖維素2份、聚氧化乙烯2份、硝酸鑭1~3份。其製備方法如下所示:
 
1. 將單乙醇胺、去離子水和偏釩酸銨混合在一起,通過加熱攪拌使之充分溶解, 制得偏釩酸銨溶液; 
2. 分別將偏鎢酸銨和硝酸鑭在常溫下溶解于水中,連續攪拌1小時,制得偏鎢酸銨溶液和硝酸鑭溶液;
3. 將火山灰、納米二氧化鈦與去離子水、偏釩酸銨溶液、偏鎢酸銨溶液、聚氧化乙烯、硝酸鑭溶液高速攪拌混合均勻,靜置1~12小時,制得泥料備用;
4. 升溫乾燥泥料; 
5. 將乾燥後的泥料進行焙燒,在最高溫度600°C的條件下經30小時燒製成含火山灰的三氧化鎢脫硝催化劑成品。
 
研究表明通過添加火山灰可以降低常規二氧化鈦的高用量,從而減低成本;三氧化鎢由生產過程中加入的偏鎢酸銨溶液經煆燒分解而得,與直接採用含三氧化鎢的納米級二氧化鈦作為原料相比,可降低成本;加入的聚氧化乙烯在燒成產品中改善了產品的孔隙容積和分佈情況,增加比表面積,有效改善脫硝性能;故而,我們知道該種含火山灰的三氧化鎢脫硝催化劑具有製造成本低、催化劑產品比表面積高、工作溫度寬,同時具有良好的催化脫硝性能的優點。
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鎢銅觸頭 — 超聲波無損檢測

鎢銅觸頭又被稱為鎢銅電觸頭或鎢銅觸點,其是由鎢和銅兩種既不互相固溶又不形成金屬間化合物的兩相假合金。也正因為此,它不但具有鎢高硬度、高強度、高熔點、低熱膨脹係數以及優良的耐磨耐蝕性,還保持了銅優異的導電導熱性能以及良好的可塑性,在一些高壓開關、斷路器、儀錶元器件等方面起著重要作用。目前來說,製備鎢銅觸頭的主要採用的是粉末冶金技術(Powder Metallurgy,PM),而相應所採用對其各項性能檢測的方法,如密度檢測、硬度檢測、抗壓或抗彎強度檢測、顯微組織結構等,都會對鎢銅產品的完整性產生一定的破壞,導致其工作失效。並且這些測試的手段對於大批量的產品也只能做到一定比例的抽檢,難以具備一定的代表性。若有因漏檢而出現的不合格鎢銅觸頭被運用在實際生產中就很可能埋下安全隱患,不管是對生產還是對人身安全都是極為不利的。

因此,相關研究人員利用無損檢測技術來測定和評價鎢銅相關產品的力學性能。超聲波無損檢測也被稱為超聲波探傷,其是利用超聲能透入金屬材料的深處,並由一截面進入另一截面時,在介面邊緣發生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法,當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部,遇到缺陷與零件底面時就分別發生反射波,在螢光屏上形成脈衝波形,根據這些脈衝波形來判斷缺陷位置和大小。超聲波無損檢測相比於其他檢測手段有著許多優點,如超聲波的穿透能力強,傳輸損失小,探測深度可達幾米;靈敏度很高,能夠發現與直徑0.1-1mm的空氣系反射能力相當的反射體;定位準確、對形狀以及大小的呈現也較為精確;操作方便,且適用於絕大多數的材料;整個檢測過程不會造成環境污染,對人體也完全無損害。

接下來我們主要介紹超聲無損檢測利用脈衝反射原理對粉末冶金製品中的孔隙缺陷如何進行測量,再通過對斷口形貌以及金相觀察來進一步分析檢測結果和粉末冶金製品缺陷以及相關性能間的關係。通常採用的超聲檢測儀及配套直探頭可根據缺陷波的位置確定缺陷的埋藏深度,根據缺陷波的幅度可估算出缺陷當量的大小。採用NaCl作為造孔劑與鎢粉和銅粉混合,通過粉末冶金的方法制得具有不同孔隙率的鎢銅觸頭。通過金相組織照片可以看出,隨著造孔劑量的增多,孔隙所占的體積也成比例增加,孔隙率較低則組織相對緻密,孔隙率較高則組織相對疏鬆。再依據不同孔隙率所產生的缺陷波的波峰強度和波的寬度不同進行分析。孔隙較為細小均勻,數量較少的試樣,孔隙尺寸小於超聲波的波長,不能形成散射,此時雜波信號只受基體材料本身的影響,這時超聲波的散射較弱,波形較為平滑;而反過來,孔隙粗大、孔隙率較高會形成強烈的散射信號,波形也會顯得尖銳。另外,隨著開孔率的增加,缺陷波的峰值也會明顯減小。這是由於開孔率的增加對超聲波的吸收作用也隨之增強,聲波遇到缺陷所反射回來的聲波強度必然減小,峰值也隨之減小。試樣的聲速和開孔率及硬度之間還存在一定的對應關係。隨著聲速減小,開孔率增大,密度減小,硬度降低。這是由於孔隙的增加對超聲波吸收作用增強,從而聲速下降。而孔隙的增加還會影響材料的強塑性。但是不同材料的彈性模量是不同的,需要分別繪製關係曲線。總的來說,超聲波無損檢測散射波的波形能夠在一定程度上反映鎢銅觸頭以及其他粉末冶金製品中孔隙的數量和狀態。散射波較為平滑,無明顯起伏時,說明材料的孔隙度較小,有可能小於超聲波波長;散射波信號雜亂且有明顯起伏時,說明材料的孔隙缺陷較多。此外,超聲無損檢測中的聲速和材料中的孔隙率存在一定的線性關係。聲速的減小代表了材料孔隙的增大,與此同時也能客觀反映出材料的其他綜合性能。

鎢銅觸頭

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三氧化鎢用於汽車尾氣脫硝催化劑

蜂窩式脫硝催化劑還原氮氧化物排放物是環境保護領域中最具有挑戰性的任務之一。隨著全球汽車使用量的增大,汽車尾氣成為氮氧化物的一大主要來源,對其的治理也變得尤為重要。汽車尾氣的脫硝通常採用改進燃燒的方法和煙道氣脫氮兩種。隨著工藝的變化,NOx消除效率也隨之產生變化,然而,其效率幾乎在50〜60%之間。煙道氣脫氮,特別是採用催化方法,其脫硝效率能夠達到一個相當高的水準,因而被廣為應用。
 
脫硝催化劑是SCR系統的核心。脫硝催化劑通常採用二氧化鈦為載體,五氧化二釩為活性物質,另外加入三氧化鎢作為助劑,提升其脫硝性能。通過控制各組分的用量,可以得到高效的催化劑。研究指明,SCR催化劑由二氧化鈦 (80〜90wt% ),三氧化鎢(6〜10wt% )和五氧化二釩 (最高3wt% )的均勻混合物構成,其配方中可以含有一些二氧化矽 (0〜10wt% ),是一種具有高活性的汽車尾氣脫硝催化劑。
 
二氧化鈦用作高表面積活性載體,以承載活性組分五氧化二釩,五氧化二釩決定在低和中操作溫度下NOx還原催化劑的活性。但是,過量的五氧化二釩會導致二氧化硫氣體氧化成三氧化硫。故而,對於高硫含量尾氣而言,催化劑中五氧化二釩的量保持在低水準(1wt%以下),能發揮較好的活性。三氧化鎢(或三氧化鉬)用作化學助劑或結構助劑,用以擴展操作溫度範圍,並提升催化劑的抗硫化性能,有效防止二氧化硫轉化為三氧化硫。二氧化矽常常用於改善催化劑強度 和穩定性。
 
隨著SCR脫硝工程的推進,三氧化鎢在開發貧燃條件下使用的催化劑和非貴金屬汽車尾氣脫硝催化劑中具有十分廣闊應用前景。
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鎢青銅結構偏鈮酸鉛高溫陶瓷的製備工藝

鎢青銅結構偏鈮酸鉛高溫陶瓷的製備工藝涉及高溫壓電陶瓷,PbNb2O6壓電陶瓷具有許多突出的特點,如低的品質因素(Qm<10)、單一的振動模式(Kt>>Kr)和高的居裏溫度(Tc=570℃)等,故在工業檢測、醫療診斷與高溫感測器方面有著十分廣闊的應用前景。
 
一種鎢青銅結構偏鈮酸鉛高溫陶瓷的製備工藝,其陶瓷組合物的通式為:Pb1-xMexNb2O6(基料)+添加物ywt%(以基料總重量為100計),其中:Me=Ca、Ba;x=0.02~0.12;添加物為:Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2,y=0.03~0.3%,其特徵在於:其製備的具體工藝過程如下:
(1)粉料合成:將按所述通式化學計量的PbNb2O6,納米級(~100nm)的CaO、BaO、TiO2與Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2混合,在瑪璃球磨機中,料球比=1∶5,進行混料6~8小時,將粉末取出壓塊(壓力100MPa)在燒結爐中以升溫速度2~5℃/分,將其加熱至850℃,並保溫2小時後以>250℃/分的冷卻速度,冷卻至室溫,再將壓塊取出粉碎置入球磨機中細磨6~8小時後,將粉料移至燒結爐中以2~5℃/分的升溫速度升至1260~1270℃,保溫2小時後以>250℃/分的冷卻速度,冷卻至室溫,並移至球磨機中細磨32~48小時,即得本發明陶瓷合成粉料,取出備用;
 
(2)陶瓷的燒成與極化:將(1)所得粉料,以加粘合劑幹壓成型的方式制得本發明壓電陶瓷生坯,生坯排塑後,置入氧化鋁坩堝中,在燒結爐中以升溫速度2~5℃/分的速度,將其在1290~1315℃下進行燒結,保溫0~0.5小時,以250℃/分的冷卻速度進行冷卻,取出經冷加工修整後,再置於八片擱架中在5000V/mm/180℃/10min條件下,進行大功率極化後,即得本發明壓電陶瓷成品。


氧化鎢陶瓷
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