納米結構鎢銅複合材料發展與應用

相比於常規結晶材料,納米結構鎢銅複合材料具有不同的特異性能,如更高的緻密度、更高的強度、更好的氣密性以及更為優良的導電導熱性能,因而受到了國內外相關材料研究人員的廣泛關注。經過不同工藝制得的鎢銅納米複合粉體,粉末粒度極大地細化,分散度大大提高,這都將有效地改善W-Cu系統的燒結特性,從而有利於鎢銅複合材料獲得接近完全的緻密度。

目前納米結構鎢銅複合材料的研究重點主要在製備工藝和燒結特性兩個方面。製備工藝上,國內外研究較多是機械合金化法(Mechanical Alloying)、機械-熱化學法(Mechanical Thermo-chemical Process)、噴霧乾燥法(Spray Drying Method)、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)等工藝。有研究表明鎢銅氧化物共還原粉在高度彌散狀態下,僅依靠毛細管作用就能引起顆粒重排,從而實現完全緻密化。採用噴霧乾燥燃燒結合後續還原處理製備的納米結構鎢銅複合粉體,在銅含量在20%-40%時,通過1250℃保溫1h的燒結可以獲得緻密度98%以上;採用機械-熱化學法與液相燒結結合的方法在沒有燒結活化劑情況下,制得了平均顆粒尺寸1μm的鎢顆粒;採用機械合金化法,在較低溫度下(1100℃)液相燒結可有效強化粉體的燒結性能,這是由於鎢銅假合金中同種顆粒W-W之間的相互作用以及不同顆粒間W-Cu的相互作用。其次,從燒結特性上看,由於納米粉末的晶粒較為細小(一般粒徑不大於100nm),比表面積較大,表面活性較強,粉末之間的接觸面積也較大,燒結驅動力大,因而所需燒結溫度較低且緻密化速度快。

鎢銅配件

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真空電鍍用鎢加熱子的特點

鎢加熱子真空電鍍是一種物理沉積現象。即在真空狀態下注入氬氣,氬氣撞擊靶材,靶材分離成分子被導電的貨品吸附形成一層均勻光滑的表面層。主要包括真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍幾種類型。它們都是採用在真空條件下,通過蒸餾或濺射等方式在塑件表面沉積各種金屬和非金屬薄膜,通過這樣的方式可以得到非常薄的表面鍍層,同時具有速度快附著力好的突出優點,但是價格也較高,可以進行操作的金屬類型較少,一般用來作較高檔產品的功能性鍍層,例如作為內部遮罩層使用。常見的塑膠產品電鍍工藝有兩種:水電鍍和真空離子鍍。真空離子鍍,又稱真空鍍膜。真空電鍍的做法現在是一種比較流行的做法,做出來的產品金屬感強,亮度高.而相對其他的鍍膜法來說,成本較低,對環境的污染小,現在為各行業廣泛採用。

該方法用鎢加熱子有以下特點:
1、真空鍍膜所獲得的金屬膜層很薄(一般為0.01~0.1μm),能夠嚴格複製出啤件表面的形狀。
2、工作電壓比較低(200V),操作方便,但是設備的價格比較高。
3、鍋瓶容積小,電鍍件出數少,生產效率較低。
4、只限於比鎢絲熔點低的金屬(如鋁、銀、銅、金等)鍍飾。
5、對鍍件表面品質要求較高,通常電鍍前需打底油來彌補工件表面缺陷。
6、真空鍍膜可以鍍多種塑膠如:ABS、PE、PP、PVC、PA、PC、PMMA等。

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全固態WO3電致變色鋰化薄膜

電致變色材料目前主要在防眩目後視鏡、節能窗、電致變色眼鏡、軍用偽裝設備、電致變色顯示等領域使用,應用前景廣闊。研究指明,全固態電致變色薄膜器件在智慧窗(如汽車工業、建築和太陽能利用等)上有廣泛的潛在應用價值,因而,近年來電致變色現象又引起許多研究機構的重視。

WO3電致變色薄膜
 
全固態電致變色薄膜器件按照其中傳輸陽離子類型可以分為H+型和Li+型兩大類,其中Li+型器件具有不依賴周圍環境、記憶效應和穩定性好等優勢,成為全固態器件研究和開發的重點。文章通過提出一種新的電致變色薄膜鋰化方法——電子束加熱蒸發金屬Li,對不同鋰化程度的氧化鎢薄膜的化學、電化學和物理性質進行研究,發現在基板溫度60~100°C、氧分壓2.0*10-2Pa、沉積速率1~1.5nm/s的製備條件下,WO3薄膜呈非晶態,具有最佳的電致變色性能。
 
鋰化三氧化鎢電致變色薄膜的反應是可逆的,即在褪色電壓作用下,鋰化薄膜中的鋰能以離子和電子的形式雙抽取。鋰化薄膜中形成的化學成分與鋰化程度有關。當鋰化程度較小時,隨著鋰的注入,薄膜中有鎢青銅形成,WO3薄膜從無色變為藍色;隨著鋰注入量越大,變色效果越明顯,且反應的可逆性良好。另外,這種採用電子束加熱蒸發金屬Li幹法鋰化三氧化鎢薄膜不會引入不必要的雜質,鋰化程度易受控制;且其所得到的電致變色薄膜具有良好的可逆性和光學調節性能。
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多元複合稀土鎢電極的成本優勢

釷鎢電極

多元複合稀土鎢電極不僅可以適應不同電流焊接範圍和不同焊接材料,且其具有良好的焊接性能。複合電極的稀土添加量和單元鎢電極相似,雖然稀土和釷的價格差异較大,但是由于添加量很少,所以複合稀土電極和釷鎢電極材料成本相差不大。另外,在製備複合電極的過程中,采用新工藝,從而大大提高和電極的成品率。且在製備的過程中采用了新設備,簡化了設備流程,提高了工作效率,降低了勞動强度,從而製備過程中的能源、設備和勞動力等生産成本大大降低。同時,在製備的過程中直接采用APT爲原料,混合稀土硝酸鹽,省去了APT煆燒的工序,大大降低了生産成本。雖然後續加工過程中初始溫度有所提高,但其消耗量相對APT煆燒所消耗的能源小。綜合以上因素,複合電極的生産成本略低于鈰鎢電極、釷鎢電極等單元鎢電極。

釷鎢電極具有優良的焊接性能,雖然釷鎢電極可以被鈰鎢和鑭鎢電極取代,但只是小部分,釷鎢電極的消耗仍是最大的。在性能方面複合電極優于釷鎢電極,且釷鎢電極具有放射性污染,因此其在生産和運輸過程中要增加放射性防護費,因而複合電極的成本優勢更加明顯。複合稀土鎢電極不僅具有價格優勢,且性能優良,在市場銷售中如果與鈰鎢、釷鎢價格相識則具有光明的前景,如果高于鈰鎢、釷鎢電極,則用戶出于使用性能的考慮也會欣然接受。

多元複合稀土電極無放射性污染,是一種綠色環保電極。其性能和價格優于釷鎢電極,是一種替代釷鎢電極的新型電極材料。

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YG8硬質合金釺頭常見問題及措施

YG8硬質合金釺頭髮生工作失效的主要形式有硬質合金片的破碎和脫落。這是由於在焊接後釺頭中容易存在一定的殘餘應力、缺焊以及焊接強度低等問題。焊接強度是檢驗焊接品質好壞的最直接標準,其影響因素主要是焊縫間隙。在焊接過程中,若焊縫間隙過小,硬質合金片與鋼體在有些地方會產生緊密接觸,從而使得釺料溶化後不能鋪展到整個焊接表面,使接頭強度降低;間隙若過大,則焊後基體對焊縫的支撐作用減弱,大間隙中焊料呈柱狀鑄造組織,晶粒相對粗大、組織疏鬆、強度和韌性都相對下降,直接導致接頭的強度降低。

而殘餘應力產生的原因主要包括熱膨脹係數差異、溫度分佈不均等因素。因為硬質合金與鋼體間的熱膨脹係數差異相差很大(WC-Co線膨脹係數為5-7×10-9,鋼體的線膨脹係數為12.6×10-9),焊接冷卻後收縮量存在巨大的差異將產生巨大的內應力,這也是導致硬質合金和焊縫開裂的最主要原因。另外,釺焊過程中伴隨著熱脹冷縮的現象,使材料內部產生熱應力,隨著溫差的增大,熱應力也不斷增大,硬質合金片很容易發生開裂。以下是一些常用的降低應力的措施:
1.控制加熱和冷卻速率,避免產生過大的溫差,尤其是焊後的冷卻速率;
2.採取必要措施以防止局部過熱或過冷的現象;
3.均勻加熱,儘量縮短焊料液化過程,避免低熔點相的揮發,產生薄弱組織和孔隙並同時減輕釺焊面氧化的現象;
4.適當增大焊縫間隙以減小附加在硬質合金片上的應力。

硬質合金釺頭

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YG8硬質合金釺頭

YG8硬質合金釺頭是一種被廣泛應用於礦山開採、建築施工以及交通運輸設施等領域的鑿岩釺具。其是由硬度高、耐磨性好的硬質合金與鋼體焊接而成的,在使用過程中,硬質合金釺頭需經受複雜的衝擊力以及扭轉力。按照釺頭的形狀,YG8硬質合金釺頭還可分為一字型、十字型、X型以及球齒型。一字型的釺頭適用於輕型內燃、電動、氣動和液壓鑿岩機鑽鑿較軟的岩層,便於修磨;十字型與X型的釺頭適用於具有較大衝擊功鑿岩機,鑽鑿裂縫性岩層和磨蝕性強的岩層,如石灰石、花崗岩和大理石;球齒型釺頭通常與硬質合金球齒配合使用,在具有較大衝擊功鑿岩機中,相比於片狀鑲塊釺頭適用性更強、鑿岩效率更高、使用壽命更長,鑿孔品質更好。此外,球齒型硬質合金釺頭還可根據齒形分為煤截齒、平頭齒、彈頭齒等等。

而硬質合金片的破碎和脫落是釺頭失效的主要形式,其焊接的品質直接影響著釺具的使用壽命。釺頭釺焊採用高頻感應釺焊,優點是加熱迅速,釺料液化過程短,能夠有效減輕硬質合金燒損和氧化過程,有利於提高焊接品質。在釺焊材料中添加適量的Mn元素,能夠在不降低塑性的基礎上,顯著提高釺頭的強度、彈性、潤濕性能以及防腐性能。此外,在釺焊工藝中的一些參數,如釺縫間隙、加熱速度、冷卻速度、感應圈設計、釺料釺劑的加入方式以及焊件表面粗糙度等因素都必須控制在一定的合適範圍內,否則都會對焊接品質產生一定的不良影響,加大了硬質合金釺頭內部的殘餘應力。

硬質合金釺頭

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納米三氧化鎢電致變色薄膜

納米WO3和電致變色薄膜三氧化鎢是一種η型寬禁帶半導體氧化物(禁帶寬度約2.4~2.8eV),在低溫、室溫時WO3以單斜相和三斜相形式存在;而在高溫時會出現正交相和四方相。其理想晶體結構可看作由6個O原子圍繞中心W原子而組成鎢-氧八面體[WO6],它們經過共頂點連接而成,八面體之間存在著許多空隙,而形成各種通道,這些通道作為離子的流通管道和嵌入位置,是H+、Li+等離子的良好注入體。因此三氧化鎢憑藉其回應速度快、著色效率高、著色/消色對比度高等優異性能,作為最經典的無機變色材料,廣泛用於電致變色器件、光致變色器件和智慧顯示等領域。
 
文章介紹一種納米WO3電致變色薄膜的製備方法,其製備如下:
1. 在反應容器中加入配製好的溶液,將鎢源靶材置於溶液中,並保證溶液浸過靶材表面,採用磁力攪拌器均勻攪拌溶液,其中鎢源靶材為純度大於99.9%高純金屬鎢靶或三氧化鎢陶瓷靶材;
2. 調節雷射器的脈衝鐳射光束的光路,使鐳射光束聚焦在溶劑液面以下的靶材,選取適當的鐳射波長、頻率及能量,開啟脈衝鐳射,在液體環境中對鎢源靶材進行燒蝕1~2小時; 
3. 脈衝鐳射燒蝕反應結束後,關閉脈衝鐳射,獲得含三氧化鎢納米顆粒的膠體溶液,並在室溫陳化1~4小時,使鐳射燒蝕產物與溶液進一步反應;
4. 調整陳化後溶液的pH值,並在溶液中放入透明導電玻璃作為電極,對陳化後的鐳射產物在酸性條件下進行電泳沉積5~60分鐘,從而製備出納米三氧化鎢薄膜。
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鍋爐節能減排新規,WO3脫硝催化劑助達標排放

《中華人民共和國大氣污染防治法》於2016年1月1日起最新修訂,其中關於《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271—2014)部分規定:自2016年7月1日起,要求所有燃煤鍋爐執行新的排放標準的法律法規,國家要求全面整治燃煤小鍋爐,加快重點行業脫硫脫硝、除塵改造工程建設。而後,各地也不斷推進環境基礎設施建設,以環保為主淘汰落後產能,促進經濟發輾轉型和結構的調整。

SCR脫硝催化劑和鍋爐尾氣脫硝
 
鍋爐節能,是可以提高鍋爐的熱效率到70%-80%,並節煤10%-15%的一項技術;它通過鍋爐資訊化節能控制系統對鍋爐設備中的引風機、鼓風機、爐排、水泵等部分進行自動化控制,從而實現強化燃燒、充分燃燒甚至完全燃燒。鍋爐尾氣中含有大量的二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫,甚至是未完全燃燒產物一氧化碳、一氧化氮等有毒有害氣體。科學證明,二氧化碳不會直接引起空氣污染,但是過量將影響大氣環境,造成溫室效應。
 
工業燃煤鍋爐尾氣中的二氧化氮的去除通常採用WO3脫硝催化劑,SCR是常用的脫硝系統。WO3由於在脫硝催化劑中主要起到抗硫化、抗毒化(鹼金屬中毒等)等作用;同時,它能夠提升二氧化鈦載體的溫度適應性,避免暫態高溫造成載體燒結,因而起到抗載體燒結的作用。煤炭的大量使用是造成空氣污染的重要原因,專家指出,鍋爐節能減排綠色發展能夠有效推動我國空氣品質改善,為此,WO3將此方面發揮有效影響力,使得尾氣排放符合國家標準。
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WO3脫硝催化劑國貨市場崛起

SCR脫硝催化劑最早於20世紀70年代,日本觸媒化成株式會社開始研發蜂窩式脫硝催化劑,80年代末實現工業化,然後向國外轉讓。隨著大氣污染加劇,NOx脫除淨化開始得到重視,許多國家開始研發和應用脫硝催化劑,尤其是美、日等發達國家。目前,我國的脫硝催化劑市場20多家生產廠家中,80%的國內市場被美、日等國外技術所佔據,我國採用自主研發技術生產的催化劑只占20%的市場份額。
 
目前常使用的脫硝催化劑是金屬氧化物類催化劑,廣泛應用的SCR催化劑大多是以二氧化鈦為載體,以五氧化二釩或五氧化二釩/ WO3、五氧化二釩/三氧化鉬為活性成分。通常催化劑載體主要作用是提供具有大的比表面積的做孔結構,在SCR反應中所具有的活性極小,幾乎不參與到反應中來。由於過分的依賴國外技術和產品,國內脫硝成本較高;加之有些國外公司不僅收取一次性技術轉讓費外,而且提取催化劑銷售額的10%費用,更是加劇了成本的上升。
 
自從2006年我國開始從國外大公司引進脫硝催化劑製造技術,在國內製造脫硝催化劑開始,採用國外技術生產三氧化鎢脫硝催化劑佔據著我國大部分的市場。當然,中國人的學習能力是很強了,在吸收了眾多的技術之後,國內有些企業開啟了自主研發WO3脫硝催化劑的模式。2009年,國內就有一家環保科技公司投資1000多萬元,自主研發脫硝催化劑生產技術,並於2011年9月正式投產實現工業化。另外,不久前中國石油公佈消息,由石油化工研究院自主研發的催化裂化(FCC)煙氣SCR脫硝催化劑PDN-102,成功試運行,這標誌著中石油擁有了完全自主智慧財產權的成套FCC煙氣脫硝技術。
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氧化鎢PH電極製備及其在F-和膠體溶液中的應用

氧化鎢PH傳感器的V-PH關係酸度是水溶液的重要物理化學參數, 常用的玻璃pH 電極存在阻抗高、易破損, 不能用於含 F -溶下會產生“鈉誤差”, 使用前需活化、難以微型化等缺陷. 而金屬氧化物pH電極具有良好的機械性能和耐腐蝕性, pH 回應範圍寬、不易污染, 可用於高溫高壓溶液酸度的測試, 因此金屬氧化物電極的研究引起了人們廣泛的興趣. 氧化鎢pH電極的製備方法有電化學迴圈伏安法、化學氧化法和離子濺射沉積法 , 這些製備方法相對複雜, 不容易控制化學成分的組成, 或者存在使用有毒致癌的鉻酸鹽等問題. 溶膠-凝膠(Sol-gel)技術製備功能性薄膜引起越來越多的關注。

溶膠-凝膠法製備了氧化鎢PH電極, 在陽極氧化後的Ag絲表面塗敷摻雜了KCl的改性聚乙烯醇和Nafion膜, 製備了固態Ag /AgCl參比電極, 再由氧化鎢pH電極與固態Ag /AgC l參比電極製備成氧化鎢pH感測器, 該感測器不需要參比溶液與陶瓷隔膜.測試結果表明:在pH 值為2~11的範圍內, 該感測器有良好的電位(V)-pH回應線性關係, 回應靈敏度為526mV(以pH值變化為1來量度), 測量精度可達0. 1個pH值;氧化鎢pH 電極具有耐HF腐蝕的能力, 在5%~20%(品質分數)的HF溶液中的回應電位具有重現性, 可用於HF溶液的濃度測量;氧化鎢pH感測器還可以應用於膠體的測量, 其回應時間小於1min.

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