納米硬質合金的發展
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- 分類：鎢的知識
- 發佈於：2016-05-25, 週三 17:06
- 作者 xiaobin
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通常所使用的硬質合金主要是由難熔金屬碳化物（如WC、TiC等）與過渡族金屬或合金所組成的粘結相（如Fe、Co、Ni等）形成的超硬複合材料。其具有高硬度、高強度、高熔點、良好的熱硬性以及優良的耐磨耐蝕性等優點。早在20世紀20年代德國人就首先採用了粉末冶金的方法（Powder Metallurgy，簡稱PM）製備了WC硬質合金，從此推動了硬質合金在航太航空、機械加工、冶金、石油鑽井、礦山工具、電子通訊、建築、軍工等領域的廣泛運用。一開始硬質合金主要運用於拉絲模和一些耐磨零部件的製造，後來由於技術工藝的不斷改進，性能不斷得到提高，在金屬切削領域也逐漸演變為不可或缺的角色。隨著研究的不斷深入，研究人員發現硬質合金中WC晶粒的尺寸越小，其粘結相Co的平均自由程越短，會使得合金的硬度和強度有一個較大的提升，尤其是當WC晶粒尺寸降低至100nm左右時，其力學性能有著一個較為明顯的突破。
現如今在一些新興的工業領域以及一些難加工的金屬材料領域，如航空材料中的高溫合金加工、電子工業中使用廣泛的印刷電路板（PCB）鑽孔、複合板材加工、玻璃纖維增強結構的熱塑材料、點陣印表機針頭、玻璃的精密切割等，都需要硬度更高、強度更好的超細晶粒或納米晶粒硬質合金刀具來完成。然而在硬質合金的緻密化過程中不可避免地會存在晶粒長大的現象，因而要獲得納米級的硬質合金，首先必須合成晶粒更為細小的納米粉末。以下實際中較為常見的製備納米級硬質合金粉末的工藝方法：
1.機械合金化法（Mechanical Alloying，簡稱MA）：其是一個通過高能球磨使粉末經受反復的變形、冷焊、破碎，從而達到元素間原子水準合金化的複雜物理化學過程。該工藝操作簡單方便、製備效率高、製作的粉末晶粒尺寸也能達到要求，但是往往會因為與罐體、球體摩擦造成粉末的污染；
2.噴射轉換法：噴射轉換法又稱噴霧轉化法（SCP），是美國學者研製出的一種新型工藝方法。其利用偏鎢酸銨（CH4）6（H2W12O40）和氯化鈷水溶液CoCl2·nH2O 或Co（en）3WO4和鎢酸H2WO4水溶液經噴霧乾燥以及流化床還原以及碳化反應生成組織均勻的晶粒粉末（20-50nm之間）；
3.原位滲碳法（in-situ carburization）：其結合了原位合成和滲碳的工藝，原位合成是利用不同元素或化合物間在一定條件下發生化學反應，而在金屬基體內生成一種或幾種陶瓷相顆粒，已達到改善單一金屬合金性能的目的。美國學者所採用的是將聚丙烯腈作為原位碳源，不需要氣相碳化，將鎢酸和鈷鹽溶解在聚丙烯腈溶液中，經低溫乾燥後移至90%氬氣Ar-10%氫氣H2的還原爐中直接還原呈硬質合金粉末，其晶粒度約為50-80nm；
4.共沉澱法：通常是在溶液狀態下將不同化學成分的物質混合，在混合液中加入適當的沉澱劑製備前驅體沉澱物，再將沉澱物進行乾燥或鍛燒，從而制得相應的粉體顆粒，是製備含兩種或兩種以上金屬元素的複合氧化物超細粉體的重要方法。有研究人員採用由鎢酸鈉或鎢酸銨和醋酸鈷共沉澱形成WC-Co前驅體粉末，再通過氫氣還原反應和碳化反應製成硬質合金粉末（約50nm）。但是該方法只適用於W/Co原子比接近於5.5的粉末，而採用鎢酸銨和鈷的氫氧化物共沉澱就能高邊W/Co的原子比，獲得範圍更廣的複合粉末。
此外，還有一些其他的合成方法，如氣相蒸發法、高頻等離子體合成法、高頻感應加熱合成法、離子電弧法等，這些方法都尚在研究階段，並未投入實際的生產當中。納米硬質合金顯微組織的細小且均勻，其力學性能也得到了顯著提高。鈷粘結相的平均自由程縮短，裂紋擴展阻力隨之提高，硬質合金的韌性也越好。在現如今使用越來越多的微鑽領域，納米晶粒硬質合金鑽頭鑽孔效率更高，磨損量越小，使用壽命也越長，是普通硬質合金鑽頭的十幾倍。
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鎢條和鎢絲
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- 發佈於：2016-05-25, 週三 11:34
- 作者 xuejiao
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鎢絲目前主要應用於白熾燈、鹵鎢燈等電光源中。用於燈泡中作各種發光體的細絲，還需要在冶制過程中摻入少量的鉀、矽和鋁的氧化物，這種鎢細絲稱為摻雜鎢絲也稱作218鎢絲或不下垂鎢絲。鎢條的密度均勻程度決定後續鎢絲製品的品質好壞。鎢條中的孔洞的數量，尺寸，分佈狀態不但對鎢絲的高溫性能具有較大影響，還會影響鎢絲的力學性能。
將同一批鎢粉原料生產出來的鎢圓條和鎢方條作進一步加工，將其拉伸至500W成品絲材以後，再使用日本和西德的裂紋探傷儀分別對50000m的鎢絲進行檢測。通過對比可以發現，圓鎢條製備出來的鎢絲，其裂紋的總長度大概是絲材全長的0.98%~1.20%。相比同樣規格的鎢方條，方條製備出的鎢絲的裂紋就占了全長的4.21%~58.82%。顯而易見，鎢圓條製備的鎢絲的裂紋要比方條加工出來的要小很多。通過其繞絲性能來看，相同條件下兩種鎢條製備的鎢細絲，圓條絲的繞絲性能會比方條絲的更好一些。根據螺旋回彈的檢測，可以看出鎢圓條的螺旋絲在拉伸的過程中不會發生斷裂現象，而且螺距之間的距離比較相等。相同情況下的方條螺旋絲就有出現劈裂的狀況。
總而言之，對任何鎢條加工的不均勻會造成材料變形，導致其內部組織不能均勻，從而引起絲材內壁的斷裂，尤其是在不均勻的組織的交界處，更容易出現裂紋。
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鋰鎢青銅光催化劑的製備
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- 發佈於：2016-05-24, 週二 18:37
- 作者 xinyi
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廢鎢條與鎢粉
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- 發佈於：2016-05-25, 週三 11:30
- 作者 xuejiao
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鎢粉是呈粉末狀的金屬鎢，是製備鎢加工材、鎢合金和鎢製品的原料。純鎢粉可製成絲、棒、管、板等加工材和一定形狀製品。鎢細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。
比起從礦石中提煉金屬，回收再生產廢棄金屬不僅可以節約能源，降低成本，還有助於改善生態環境。所以，得到國際的廣泛關注。特別是日本，他們國家把這項工程認為是“第二礦業”的開發。其中包含鎢鋼廢料，金屬鎢及其合金廢料，硬質合金廢料，研磨硬質合金工具的磨屑，粉塵等二次原材料。許多國家已經開始設立專門的部門負責廢鎢條的回收利用。其中蘇聯設有研究所專門負責有色金屬廢料的回收再生利用。該研究所研製出的處理含鎢廢料流程，在通過一系列的工業試驗後，被認為是最具發展前景的工序。最近幾年，許多國家都在研製如何處理鎢廢條的方法，其中廢料再生產鎢的方法主要有電解法，鋅熔法，高溫氧化法，化學溶解法和氯化法。
鎢條的廢端塊經過試驗證明可以代替工業鎢細粉作為原料，並且可以制取同樣品質的超級細微顆粒的鎢細粉。這樣不僅大幅度的降低工業成本，最重要的是資源的合理再利用，可以改善現在工業迅速發展所帶來的弊端。
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稀土對稀土鎢電極還原過程的影響
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- 發佈於：2016-05-24, 週二 17:42
- 作者 yiping
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稀土鎢電極通常采用粉末冶金的方法製備的。采用該方法製備稀土鎢電極，其粉末的質量會直接影響電極的燒結和加工性能。在混合粉末還原過程中，通常要經歷WO2.9、WO2.72、WO2、W和β-W相階段。β-W在實際生産中很難得到，但是在還原混合稀土鎢粉的還原過程中可以經常發現這種材料。在第一次還原後，觀察XRD圖就可以發現β-W的衍射峰，且隨著稀土含量的增加，其峰强也在增加。在第二次還原中，也出現了同樣的規律。說明稀土有利于β-W的生成。另外，β-W的存在使得粉末的二次還原反應不徹底，因此進行稀土摻雜時，還原溫度要比還原純鎢更高。由此可知，摻雜稀土會改變鎢粉還原的途徑，使得鎢粉在還原過程中先生成β-W，然後再轉變成α-W。β-W是A15型結構，這種結構具有有超導性質，因此受到廣泛關注。但對于製備性能良好的鎢電極，製備穩定的α-W是還原的最終目的，因此在還原過程中要提高還原溫度，才能獲得還原徹底的α-W。
摻雜不同成分的稀土，在相同條件下進行還原，得到的還原粉末粒度是不一樣的。在相同還原條件下，稀土鎢粉相比于純鎢粉，其平均粒度明顯小于純鎢粉的粒度，這是因爲稀土氧化鎢對鎢粉具有細化的作用。在各種稀土氧化物中，Y2O3對鎢粉粒度的細化作用最爲明顯。另外，在製備多元稀土鎢電極時，Y2O3含量較高時，鎢粉的細化程度較好。
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