粘结剂体系对硬质合金溶剂脱脂的影响

硬质合金的注射成型技术一次成形材料利用率高,表面光洁度好,生产成本低,特别适合于大批量生产体积小、形状复杂的硬质合金零部件。脱脂工艺是注射成形工艺过程中最重要,也是最困难的步骤之一 ,控制不当将引起脱脂坯变形,成分波动等缺陷,进而影响最终硬质合金产品的性能。在硬质合金注射成型脱脂工艺中,最常使用的是热脱脂和溶剂脱脂。其中溶剂脱脂一般作为二步脱脂的第一步,也是最重要的一步,溶剂脱脂的质量好坏直接影响硬质合金制品的质量好坏。这其中溶剂脱脂的粘结剂体系组成、脱脂温度、脱脂时间、样品厚度及形状等是最重要的工艺组成。由于不同粘结剂体系的组成对脱脂率的影响最为明显且直接,故研究粘结剂体系的组成对脱脂率的影响就显得至关重要。
 
下图为2种石蜡基(1#、2#)和1种油基(3#)的脱脂率变化图片。
 
粘结体系对脱脂的影响图片
 
1. 石蜡基(PW)粘结剂硬质合金注射坯脱脂时随脱脂时间延长,各组粘结剂脱除率均增加,其中石蜡基(PW)的不同粘结剂的脱除速率和最终脱脂率都相差不大。对于分子量较大的石蜡在溶剂脱脂时首先发生较低分子量的正庚烷溶剂向较高分子的PW等聚合物中扩散,将高分子有机物的链节强度弱化而解链,产生溶胀效应,再发生溶解,因此,其溶解速度较慢。
 
2. 油基(主要有植物油基和矿物油基)粘结剂注射坯样的脱脂速率明显快于前者,最终脱脂率也高于石蜡基(PW)粘结剂。油基粘结剂能方便地用溶剂溶解而脱去,脱脂时间短,因而表现出比、 更好的溶剂脱脂特性。所以 油基粘结剂粘结剂的脱脂效果最为理想。另外,油基粘结剂具有比蜡更好的流动性,在注射成形时可使内应力松弛避免坯样微裂纹的产生。含有油基小分子的有机液体与正庚烷的相溶性好,它们更容易从注射坯向溶剂中扩散而脱除,而且不产生溶胀效应,表现出比PW更好的溶剂。下图为2种石蜡基和1种油基的脱脂率变化图片。
 
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硬质合金注射成形热脱脂工艺

硬质合金注射成形属于粉末注射成型工艺(PIM),PIM工艺复杂、影响因素多,因此提高和稳定PIM 硬质合金性能使其达到传统粉末冶金模压法制备的合金的性能一直是PIM 工艺中的最大难点。之所以是最大难点其主要原因是脱除粘结剂的工艺非常苛刻,要求既不产生增碳也不能造成脱碳,否则会对烧结产品的力学性能有很大的影响。热脱脂方式,也是二步法脱脂的最终脱脂步骤,它的工艺参数直接影响硬质合金注射坯的脱脂质量。
 
1.不含低分子极性组元
目前广泛用于硬质合金注射成形工业中的粘结剂为石蜡基多组元体系的粘结剂,如PW-EVA-HDPE粘结剂体系,这些体系不含低分子极性组元。此类粘结剂的主要组元石蜡一般在55℃~70 ℃(主要是根据石蜡的种类)发生软化和熔融,但在熔融点以下不会脱除。当温度超过一定温度(PW的组分最低裂解温度)时,PW开始发生裂解并产生大量的气体。将坯件以 较快的升温速度升温至较高温度(200-250℃)时,注射坯容易开裂。当升温速率较低时,坯件无脱脂缺陷,大部分PW能发生热解。同时粉末颗粒发生粘性流动产生重排。然后在250 ℃至450 ℃脱除剩余粘结剂,此时,脱脂缺陷对脱脂温度和升温速率不敏感。当热脱脂温度高于450 ℃时,粘结剂在脱除的同时也使得WC产生脱碳,因此,热脱脂最高温度不宜高于450 ℃。
 
2.含低分子极性组元
在硬质合金注射成形中,WC 粒度细小且形状不规则、比表面大,表面活化能搞,粉末团聚程度大,有机物(特别是表面活性剂组分)容易在粉末颗粒表面或团聚粉末颗粒空隙内形成一层吸附薄膜,吸附层的厚度对粘结剂的脱除有很大的影响。油、硬脂酸、邻苯二甲二辛脂等低分子组元具有极性,优先吸附在 WC粉颗粒表面,更均匀地包覆在粉末表面,减少吸附层的膜厚。而且这些低分子粘结剂组元较石蜡更容易通过热脱脂脱除。因此,在热脱脂时,此类含低分子极性组元的注射坯的热脱脂时间较短,对脱脂温度等工艺参数不十分敏感,脱脂缺陷容易控制,热脱脂工艺控制步骤较简单。下图为不含低分子极性组元(图a)和含低分子极性组元(图b)的脱脂工艺图。
 
粘结剂体系对脱脂过程的影响图片

 

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钨合金屏蔽针管

核医学是利用核素和核技术来进行生命科学和基础医学研究并诊断、治疗疾病的一门新兴综合性交叉学科,其检查和治疗的项目也越来越广泛,已渗透到临床各科。在放射性药物制备、封装、注射等操作过程中,工作人员就处在该辐射中,会受到来自放射性药物的外照射,照射剂量的大小与放射性药物的活度、辐射源距离、停留时间及屏蔽程度有关。

                钨合金屏蔽针管

放射性药物是含有放射性核素供医学诊断和治疗用的一类特殊药物。用于机体内进行医学诊断或治疗的含放射性核素标记的化合物或生物制剂。如发射纯β-射线的放射性治疗药物32P、89Sr、90Y等。

钨合金屏蔽针管是由钨合金为原料制成的是用于医疗注射放射性药物时起保护作用的医疗器械。钨合金屏蔽针管是利用高致密钨合金对放射性粒子的屏蔽作用。钨合金密度可达16 .5-19.0g/cm3,对放射性粒子有很好的屏蔽效益。为了保护病人、医生、护士以及其他人免遭辐射的危害,放射源必须隔离并将其屏蔽。必须将放射性材料的放射性控制在足够低的放射水平下,以免产生有害的电离辐射,这样就不会导致肺癌、皮肤癌等癌症。之所以选择高比重钨合金屏蔽件作为屏蔽材料,是因为钨合金具有优良的射线吸收能力,高密度性(密度比铅高两倍)以及良好的耐腐蚀性。
 

 

 

 

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硬质合金溶剂脱脂缺陷

在硬质合金注射成型工艺中综合采用溶剂脱脂和热脱脂工艺,即二步法脱脂, 可大大缩短脱脂时间, 提高生产效率, 而且由于其具有坯体变形小, 成分波动小的优点。但实际的硬质合金溶剂脱脂过程常会出现脱脂缺陷(变形、裂纹等),影响脱脂质量。硬质合金溶剂脱脂坯中的缺陷可分为 2 类:一类是由硬质合金注射坯缺陷引起的,另一类是由于脱脂工艺参数控制不当引起的。
 
1.注射缺陷导致的脱脂过程恶化
1.1表面流动纹导致的恶化。溶剂脱脂后,试样从溶液中取出时,已脱脂坯内部大量溶剂快速挥发,使得坯体内部压力增大,极易在坯体结合不牢处、特别是表面流动纹、浇口等薄弱位置产生裂纹。这种裂纹虽然经烧结后会在一定程度上收缩,但不可避免地对硬质合金产品的力学性能造成影响。
1.2注射坯夹心的恶化。注射过程中产生的夹心注射坯(如下图1所示)在溶剂脱脂时,表面最先冷凝层随着低熔点粘结剂组元的脱除,表面收缩,其坯层强度逐渐下降,当强度下降到不足以维持内部应力平衡时,先冷凝层便在内应力的作用下沿注射坯的轴向开裂。通过对注射工艺参数的调整可消除由注射缺陷引起的溶剂脱脂缺陷。
 
夹心缺陷图片
 
2.溶剂脱脂参数控制不当
2.1温度过高。脱脂过程温度过高导致脱脂溶剂扩散和渗透速率加快,脱脂速率过高,溶剂导致的彭胀效应的影响越大,硬质合金坯体产生鼓泡、变形及裂纹。
2.2温度过低,由于溶剂脱脂过程的开始阶段是一个温度控制阶段,在低温时低熔点组元扩散速率过低,相对分子质量较低的分子扩散所需的激活能较小,低温时更易于向坯体中扩散,当相对分子质量较低的溶剂分子在高熔点组元中造成的溶胀效应不能由高熔点组元的脱除得到补偿时,便会导致坯体在溶剂脱脂初期开裂。
 
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γ照相机钨合金准直器

γ照相机是核医学最基本的显像设备。它由准直器、碘化钠晶体、光导、光电倍增管矩阵、位置电路、能量电路、显示系统和成像装置等组成。准直器、晶体、光电倍增管矩阵等构成可单独运动的部分,称为探头,是γ照相机的核心。γ照相机可以立即在一定的视野内成像,而不需要机械扫描。这种仪器既可用作静态观察,亦可用作动态观察。

γ照相机

γ照相机主要由探测器、电子线路和监视装置三个基本组成部分组成。探测器是由准直器、闪烁晶体、光导、光电倍增管、前置放大器和定位网络电路(或称模拟计算电路)等组成。γ照相机钨合金准直器是该设备的一种重要部,用来实现空间定位,使得来自不同空间部位的射线照射到闪烁体的特定位置上。由于脏器中每一小部分的放射性都是各向同性的发射射线,探测中整个闪烁晶体都受其照射,而今体内的每一小点也都接收整个脏器各部分发射来的射线,所以,这样形成的闪烁图像将呈现一片混乱的闪烁点,而不是脏器内相应的放射性分布图像。准直器的目的就是让能通过准直孔的射线射到闪烁晶体上,而将其它射线阻挡使之射不到闪烁晶体上。

同时,γ照相机能远距离对放射性物质进行快速成像,定位准确,可有效减少工作人员所受照射剂量,为放射源监测和丢失放射源搜寻提供了新手段。钨合金材料具有对各种射线的屏蔽本领高的优点,且无害环保,在放射医疗技术中广泛用于屏蔽材料。

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2024年1月份赣州钨协预测均价与下半月各大型钨企长单报价。

 

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龙年首周钨价开门红。