钨铜触头 — 超声波无损检测

钨铜触头又被称为钨铜电触头或钨铜触点,其是由钨和铜两种既不互相固溶又不形成金属间化合物的两相假合金。也正因为此,它不但具有钨高硬度、高强度、高熔点、低热膨胀系数以及优良的耐磨耐蚀性,还保持了铜优异的导电导热性能以及良好的可塑性,在一些高压开关、断路器、仪表元器件等方面起着重要作用。目前来说,制备钨铜触头的主要采用的是粉末冶金技术(Powder Metallurgy,PM),而相应所采用对其各项性能检测的方法,如密度检测、硬度检测、抗压或抗弯强度检测、显微组织结构等,都会对钨铜产品的完整性产生一定的破坏,导致其工作失效。并且这些测试的手段对于大批量的产品也只能做到一定比例的抽检,难以具备一定的代表性。若有因漏检而出现的不合格钨铜触头被运用在实际生产中就很可能埋下安全隐患,不管是对生产还是对人身安全都是极为不利的。

因此,相关研究人员利用无损检测技术来测定和评价钨铜相关产品的力学性能。超声波无损检测也被称为超声波探伤,其是利用超声能透入金属材料的深处,并由一截面进入另一截面时,在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法,当超声波束自零件表面由探头通至金属内部,遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波,在荧光屏上形成脉冲波形,根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。超声波无损检测相比于其他检测手段有着许多优点,如超声波的穿透能力强,传输损失小,探测深度可达几米;灵敏度很高,能够发现与直径0.1-1mm的空气系反射能力相当的反射体;定位准确、对形状以及大小的呈现也较为精确;操作方便,且适用于绝大多数的材料;整个检测过程不会造成环境污染,对人体也完全无损害。

接下来我们主要介绍超声无损检测利用脉冲反射原理对粉末冶金制品中的孔隙缺陷如何进行测量,再通过对断口形貌以及金相观察来进一步分析检测结果和粉末冶金制品缺陷以及相关性能间的关系。通常采用的超声检测仪及配套直探头可根据缺陷波的位置确定缺陷的埋藏深度,根据缺陷波的幅度可估算出缺陷当量的大小。采用NaCl作为造孔剂与钨粉和铜粉混合,通过粉末冶金的方法制得具有不同孔隙率的钨铜触头。通过金相组织照片可以看出,随着造孔剂量的增多,孔隙所占的体积也成比例增加,孔隙率较低则组织相对致密,孔隙率较高则组织相对疏松。再依据不同孔隙率所产生的缺陷波的波峰强度和波的宽度不同进行分析。孔隙较为细小均匀,数量较少的试样,孔隙尺寸小于超声波的波长,不能形成散射,此时杂波信号只受基体材料本身的影响,这时超声波的散射较弱,波形较为平滑;而反过来,孔隙粗大、孔隙率较高会形成强烈的散射信号,波形也会显得尖锐。另外,随着开孔率的增加,缺陷波的峰值也会明显减小。这是由于开孔率的增加对超声波的吸收作用也随之增强,声波遇到缺陷所反射回来的声波强度必然减小,峰值也随之减小。试样的声速和开孔率及硬度之间还存在一定的对应关系。随着声速减小,开孔率增大,密度减小,硬度降低。这是由于孔隙的增加对超声波吸收作用增强,从而声速下降。而孔隙的增加还会影响材料的强塑性。但是不同材料的弹性模量是不同的,需要分别绘制关系曲线。总的来说,超声波无损检测散射波的波形能够在一定程度上反映钨铜触头以及其他粉末冶金制品中孔隙的数量和状态。散射波较为平滑,无明显起伏时,说明材料的孔隙度较小,有可能小于超声波波长;散射波信号杂乱且有明显起伏时,说明材料的孔隙缺陷较多。此外,超声无损检测中的声速和材料中的孔隙率存在一定的线性关系。声速的减小代表了材料孔隙的增大,与此同时也能客观反映出材料的其他综合性能。

钨铜触头

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三氧化钨用于汽车尾气脱硝催化剂

蜂窝式脱硝催化剂还原氮氧化物排放物是环境保护领域中最具有挑战性的任务之一。随着全球汽车使用量的增大,汽车尾气成为氮氧化物的一大主要来源,对其的治理也变得尤为重要。汽车尾气的脱硝通常采用改进燃烧的方法和烟道气脱氮两种。随着工艺的变化,NOx消除效率也随之产生变化,然而,其效率几乎在50〜60%之间。烟道气脱氮,特别是采用催化方法,其脱硝效率能够达到一个相当高的水平,因而被广为应用。
 
脱硝催化剂是SCR系统的核心。脱硝催化剂通常采用二氧化钛为载体,五氧化二钒为活性物质,另外加入三氧化钨作为助剂,提升其脱硝性能。通过控制各组分的用量,可以得到高效的催化剂。研究指明,SCR催化剂由二氧化钛 (80〜90wt% ),三氧化钨(6〜10wt% )和五氧化二钒 (最高3wt% )的均匀混合物构成,其配方中可以含有一些二氧化硅 (0〜10wt% ),是一种具有高活性的汽车尾气脱硝催化剂。
 
二氧化钛用作高表面积活性载体,以承载活性组分五氧化二钒,五氧化二钒决定在低和中操作温度下NOx还原催化剂的活性。但是,过量的五氧化二钒会导致二氧化硫气体氧化成三氧化硫。故而,对于高硫含量尾气而言,催化剂中五氧化二钒的量保持在低水平(1wt%以下),能发挥较好的活性。三氧化钨(或三氧化钼)用作化学助剂或结构助剂,用以扩展操作温度范围,并提升催化剂的抗硫化性能,有效防止二氧化硫转化为三氧化硫。二氧化硅常常用于改善催化剂强度 和稳定性。
 
随着SCR脱硝工程的推进,三氧化钨在开发贫燃条件下使用的催化剂和非贵金属汽车尾气脱硝催化剂中具有十分广阔应用前景。
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钨条与掺杂泡

钨条在20世纪初,由美国研制出的一种高温抗下垂钨丝,在经过许多的试验后,发现这种钨丝的抗下垂性能是得益于少量的硅,铝,钾氧化物在还原前掺入氧化钨中造成的。其中,有研究者提出了“气泡说”。“气泡说”认为掺杂剂在第一次还原过程中很容易会有掺杂效应的产生,并且在垂熔过程中形成掺杂泡。而这些泡在后续加工的时候会被拉伸,退火。然后就会形成了成串排列的细小的孔,但是这些孔会有可能对第二次再结晶过程中的钨丝晶界的横向运动产生影响,甚至会阻碍它的运动,最终导致使钨丝形成特别的再结晶晶粒结构,这样就会具备高温抗下垂的性能。

通过试验的初步计算可以得出结论是钨条中的钾含量只要有一点点的增加就是造成其有效导电横截面积的明显缩小。因为残留的钾在垂熔过程中会蒸发变成气态,然后产生大量的掺杂泡,最终导致其有效导电横截面积的减少。当钾含量在低于70ppm的情况下,掺杂气泡的密度的变化更明显,它会随着钾含量的减少而迅速降低,这样就会降低钨丝的高温抗下垂性能。

钨粉的原始粒度和钨条中的钾含量这两种因素共同作用下会对钨方条熔断电压值有很大的影响。在进行第一次还原的时候,钨粉的粒度会随着还原温度的升高而迅速减小。如果还原温度大于630℃的情况下,粒度的减小速度才会有所下降。热力学的计算表明,在高温情况下的掺杂气泡中的钾可能以双原子气态的形式存在。

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钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺

钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺涉及高温压电陶瓷,PbNb2O6压电陶瓷具有许多突出的特点,如低的品质因素(Qm<10)、单一的振动模式(Kt>>Kr)和高的居里温度(Tc=570℃)等,故在工业检测、医疗诊断与高温传感器方面有着十分广阔的应用前景。
 
一种钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺,其陶瓷组合物的通式为:Pb1-xMexNb2O6(基料)+添加物ywt%(以基料总重量为100计),其中:Me=Ca、Ba;x=0.02~0.12;添加物为:Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2,y=0.03~0.3%,其特征在于:其制备的具体工艺过程如下:
(1)粉料合成:将按所述通式化学计量的PbNb2O6,纳米级(~100nm)的CaO、BaO、TiO2与Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2混合,在玛璃球磨机中,料球比=1∶5,进行混料6~8小时,将粉末取出压块(压力100MPa)在烧结炉中以升温速度2~5℃/分,将其加热至850℃,并保温2小时后以>250℃/分的冷却速度,冷却至室温,再将压块取出粉碎置入球磨机中细磨6~8小时后,将粉料移至烧结炉中以2~5℃/分的升温速度升至1260~1270℃,保温2小时后以>250℃/分的冷却速度,冷却至室温,并移至球磨机中细磨32~48小时,即得本发明陶瓷合成粉料,取出备用;
 
(2)陶瓷的烧成与极化:将(1)所得粉料,以加粘合剂干压成型的方式制得本发明压电陶瓷生坯,生坯排塑后,置入氧化铝坩埚中,在烧结炉中以升温速度2~5℃/分的速度,将其在1290~1315℃下进行烧结,保温0~0.5小时,以250℃/分的冷却速度进行冷却,取出经冷加工修整后,再置于八片搁架中在5000V/mm/180℃/10min条件下,进行大功率极化后,即得本发明压电陶瓷成品。


氧化钨陶瓷
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间接加热烧结钨条

钨条钨条可用于钨丝的制备,迄今为止,大部分工厂还是使用锤熔烧结的方法制备,也就是电流通过坯条本身发热而自烧结的方法。这种方法是在一个通水冷却的钟罩中进行的,但是钟罩里面没有任何可以保温的设备,大量的电能产生的热能都用于水的加热,热水又需要冷却装置进行冷却,这个过程就会消耗掉很多的电能。这种方法的温场梯度比较大,导致同一批钨条的密度,晶粒度和孔隙度不一样,而且,坯条两端的密度非常低,必须将其切除,这样一来就会浪费掉一部分资源。

采用间接加热烧结的方法能一定程度上解决这些弊端,而且还能改善其坯条质量,具有优良的节能效果。1976就已经研制出了中频感应烧结炉,这个设备就能满足间接烧结钨方条所需要的均匀温场的条件。它是采用钨管作为发热体,并且用氧化锆作为保温材料,两者构成一个密封体,电能产生的热量会被这个密封体包围,并且集中在炉中间用来烧结钨方条,且能保持温场均匀。

用这种方法制备的烧结条的横向和纵向的性能可以保持一致,还能具备均匀且细小的金相组织。坯条两端的密度与其余部分并没有很大的区别,所以不需要切除。使用传统的垂熔烧结制备的钨制品不仅要花费很大的成本,而且还要消耗很多的能源,这种工艺不够环保,迟早会被代替。用中频感应炉间接加热制备的钨制品不仅能确保其质量的稳定性,更重要的一点是能节约资源,起到环境保护的作用。

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