硬质合金球齿在凿岩使用的钻具方面的要求越来越高，既要求其有较好的韧性以防止脆性的断裂，且需要其具有极高的硬度和高耐磨性，而利用超细晶结构可 显著提高硬质合金球齿的使用性能。有研究数据表明，在硬质合金粘结相含量不变的情况下，当WC晶粒度小于1μm时，合金的硬度和强度都会得到显著地提升， 与此同时，随着WC晶粒度的进一步减小，硬质合金球齿的性能提高的幅度将更加显著。

由于纳米晶粒本身颗粒度较小，表面积较大，表面 所具有的反应活性较强，这也使得它的某些特异的性能将能同时提高硬质合金球齿的强度和硬度。所以，许多的有关学者或研究者将研究目标和方向放在了细化硬质 合金晶粒至纳米级,使其达到硬度和强度双双增强的效果。经过多组相关实验表明将纳米材料应用到硬质合金球齿的烧结配方上，其所需烧结温度有了明显的降低， 而相应的强度、硬度以及单齿耐磨性和冲击韧性有着不同程度的提高，从而使得相应的使用寿命延长，生产成本降低。

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以下为稀土掺杂钨酸钙Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶的上转换稳态光谱。

在980nm二极管激光器的激发下，对Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺样品进行上转换稳态光谱测试，测试范围450~700nm，测试结果如图 7所示。 

Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶在475nm处有明显的蓝光发射峰，这个波长的蓝光发射对应Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆能级跃迁。在650nm处出现了微弱的红光发射峰，这个波长的红光发射峰对应于Tm³⁺离子的¹G₄→³F₄能级跃迁。

由于Tm³⁺离子同样不能直接吸收980nm激发波长传递的能量，需要通过Yb³⁺离子的敏化作用实现能级跃迁，因此固定Tm³⁺离子浓度为2mol%时，Yb³⁺离子浓度的改变直接影响上转换发光强度。由图中可以看出，当Yb³⁺离子浓度小于6mol%时，随着Yb³⁺离子浓度不断提高，上转换蓝光和红光发光强度逐渐增强。当Yb³⁺离子浓度大于6mol%时，上转换蓝光发光强度反而减弱，红光发光强度基本不变。说明固定Tm³⁺离子浓度为2mol%时，Yb³⁺离子敏化Tm³⁺离子发光的阈值浓度为6mol%。上转换蓝光和红光发光强度出现这种变化趋势的原因如下：当Yb³⁺离子浓度较低时，随着Yb³⁺离子浓度的增大，更多的Yb³⁺离子不断地将能量传递给Tm³⁺离子，能量传递效率增加，因此上转换蓝光和红光发光强度均增强。当Yb³⁺离子浓度较高时，Yb³⁺离子间距离较小，两个相邻的Yb³⁺离子组成一对，发生合作敏化作用，能量传递效率降低，因此上转换蓝光和红光发光强度减弱。 

固定Tm³⁺离子浓度为2mol%时，Yb³⁺离子浓度的改变同时影响蓝光和红光的比例。分别对蓝光和红光的发射峰面积进行积分，得到蓝光和红光比例如图 8所示。 

Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶上转换蓝光和红光发光强度比例很大，红光强度远远小于蓝光。当Yb³⁺离子浓度低于5mol%时，随着Yb³⁺离子浓度的增加，蓝红光强度比随之增加。当Yb³⁺离子浓度为5mol%时，蓝红光比值最大。当Ho³⁺离子浓度大于5mol%时，蓝红光比例显著下降。这说明Yb³⁺离子浓度不但对上转换发光强度有影响，还对蓝红光的比例影响显著。

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影响钨触点腐蚀的腐蚀速度主要因素有：空气中的杂质、湿度和金属表面的状态。如果空气中湿度越大，金属表面上凝结的水膜会越厚，则水膜的电阻越小，腐蚀速度也越快。

钨触点腐蚀过程的化学反应式如下所示
W + O₂ = W - 4e + O₂ = WO₂
2WO₂ + H₂O – e = W₂O₅ + 2H
W₂O₅ + H₂O - e = 2WO₃ + 2H
WO₃ + H₂O = H₂WO₄（黑色胶状物）
H₂WO₄ – H₂O = WO₃（脱水→黄褐色硬膜）
从上述式子可以看出，电化学腐蚀的本质是，金属原子失去电子被氧化的过程。
电化学腐蚀是金属和电解液之间发生电化学反应使得金属被破坏的过程。
金属发生电化学腐蚀的条件：
1.金属间有电位差
2.在电解液中进行等

钨触点在潮湿中会受到腐蚀（通常情况下，发生在空气湿度大于60％时），称为大气腐蚀，是电化学腐蚀的一种。大气腐蚀的发生是在金属上一层电解薄膜（溶有各种盐类和腐蚀性气体杂质）内进行的，该层膜的形成是因为大气中水汽凝聚或吸附在金属表面上。

 

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钨触点的主要成分是钨（W），即钨触点表面的膜的电极电位分析可从钨下手。
标准电极电位是平衡电极电位的一种，每一种物质都拥有这一特性。
标准电极电位指的是将某种物质放入含有其离子的溶液中，如果溶液中离子浓度为1g/L，则该物质与标准氢电极之间的电位差就是标准电极电位。标准电极电位的负值越大，则金属越活泼；
若正值越大，则金属越不活泼。

在25℃时，几种金属的标准电极电位如下表所示

由上表可知，W和Cu的电极电位差为0.54V，在高温、高湿环境下，容易产生电化腐蚀。而W与Ni的电化腐蚀现象较W与Cu、W与Ag的轻微，因为W与Ni的电极电位差只有0.03V，不容易发生电化学腐蚀。所以，可以往钨触点中添加适量的Ni，以提高它的抗氧化能力，即降低其表面膜的形成的可能性。



 

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钨触点表面上的膜的出现是因为：在使用过程中，尤其是已经将其放置在高温、高湿条件下很长时间后再使用时，其表面生成一层黄褐色的氧化物膜，经过化学分析其成分，该层硬膜为WO₃（不导电），这层硬膜的电阻很高，会导致触点接触不良或不能导通，从而使得设备出现故障。

金属在被氧化或腐蚀后，倘若金属的体积小于氧化物的体积，则金属表面可能会形成致密的、完整的氧化物-膜；倘若金属的体积大于氧化物的体积时，则金属表面形成的氧化膜是疏松的、多孔的不完整的膜。
关系表达式如下：

V_OX=M_OX/D_OX
V=X*M_w/D_w
则：
V_OX / V= M_OX* D_w/ D_OX* X*M_w＜1时，氧化物膜是不完整的；
V_OX / V= M_OX* D_w/ D_OX* X*M_w＞1时，金属氧化物膜可能是完整的、致密的；
由相关文献可知，WO₃的V_OX / V 的值为3.59＞1，所以，钨触点表面上的膜是致密的、完整的。排故方法：滴几滴酒精在钨触点表面上，则该层硬膜会剥落。
其中，
V_OX表示氧化物的体积
M_OX表示氧化物的分子量
D_OX表示氧化物的密度
V表示生成单氧化物分子的金属体积
X 表示在单氧化物分子中金属原子的数量
M_w表示金属的原子量
D_w表示金属的密度



 

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以下为稀土掺杂钨酸钙Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶的制备。

本实验以ZnO、CaO、WO₃、Tm₂O₃和Yb₂O₃粉末为原料，通过高温固相反应法制备稀土双掺的Zn_0.1Ca_0.9WO₄多晶。固定Tm³⁺离子浓度为2mol%不变，研究Yb³⁺离子浓度的改变对上转换发光性能的影响。稀土离子的掺杂浓度如表所示。

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以下为稀土掺杂钨酸钙Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶上转换发光机理的分析。

根据Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶的上转换稳态发射光谱和功率曲线分析，结合Ho3+离子的能级分布图，提出了Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶的上转换绿光和红光发光机理，具体机理如图6所示。

由Zn0.1Ca0.9WO4：Ho3+/Yb3+多晶的上转换功率曲线可知，上转换绿光和红光的发光过程均为两光子能量传递过程。Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶上转换绿光激发机理如下：首先 Yb³⁺离子受到980nm激光器的激发，发生能级跃迁²F_7/2→²F_5/2，处于激发态能级的Yb3+离子不断将能量传递给Ho³⁺离子，使Ho³⁺离子由基

态能级⁵I₈跃迁到⁵I₆能级。然后处于激发态能级的Yb³⁺离子再次将能量传递给Ho³⁺离子，使Ho³⁺离子由⁵I₆能级跃迁至⁵S₂,⁵F₄能级。最后Ho³⁺离子由⁵S₂,⁵F₄能级向基态能级⁵I₈跃迁，辐射出545nm左右的上转换绿光。 

上转换红光发射存在无辐射弛豫过程，可能存在两种机制。第一种机制：当Ho³⁺离子吸收能量被激发到5I6能级后，通过无辐射弛豫跃迁到⁵I₇能级，处于⁵I₇能级的Ho³⁺离子再次吸收Yb³⁺离子传递的能量跃迁至⁵F₅能级。第二种机制：与绿光激发原理相似，当Ho³⁺离子与Yb³⁺离子通过两次能量传递处于⁵S₂,⁵F₄能级后，无辐射弛豫到⁵F₅能级。最后处于5F5能级的Ho³⁺离子都向基态能级⁵I₈跃迁，发射出659nm左右的上转换红光。

 

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核能是一种新型再生能源，为应对现代社会的能源危机有着举足轻重的作用。核能利用裂变反应过程释放大量的能量，但同时产生的质子、中子、电子却具有一定的危害性。因为原子核在裂变时释放出不同的粒子，所以被称之为核辐射。核辐射会对人体组织、器官造成伤害。

钨屏蔽材料由于其高密度，高辐射屏蔽能力及环保性，常被用于制造核研究所用核反应堆或回旋加速器研究的放射性屏蔽材料，钨合金材料在研究中可用作准直仪(一种指导或聚焦放射线的仪器)或者用来盛放放射性同位素.钨合金是屏蔽X以及伽马射线的最佳材料。由于钨合金材料的高密度性，相同体积的钨比铅重铅重60%，使用钨屏蔽可减小屏蔽部分的物理尺寸而不影响屏蔽的有效性。

下图为核研究用钨屏蔽：

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由于钨合金材料的高密度性，高辐射屏蔽性及环保性，常常被用于制造钨合金注射器屏蔽防护装置。实用新型钨合金注射器屏蔽防护装置，是设为长方体结构的防护体，防护体内部设有用于放置注射器的通孔，注射器孔在钨合金防护体的长度方向横向贯穿防护体，防护体的上表面开有观察槽，观察槽由钨合金防护体的上表面向下延伸与注射器孔连通，观察槽的一端与防护体端面相连并形成开口结构，另一端为封闭端。钨合金防护体的两侧面分别设有一条横向贯穿的凹槽，两条凹槽靠近防护体的上表面并相互对称，防护体的两侧面分别设有凹面，凹面内设有螺栓连接孔。本实用新型专门为通过注 射器取用放射性物质提供屏蔽防护，在防护体的上表面开有观察槽，便于观察注射器的刻度；本实用新型能够提供较好的屏蔽防辐射作用，其结构简单、方便适用。

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对合金强度的影响：在正常峰值时，含钴低的合金（YG10），抗弯强度的最大值出现在高碳侧；含钴高的合金（YG20），抗弯强度的最大值出现在低碳侧。所以，YG10合金应选用碳量偏高的WC作为原料，而YG20合金则应采用碳量偏低的WC作为原料。

对合金硬度的影响：碳量低时，易产生硬脆的η相和减小粘结相的含量，并使得WC晶粒细化，从而使得硬度得到提升。但是如果碳量过低，η相过多，会使得硬度反而下降。此外，过量的碳会使得合金中产生软相石墨夹杂在一起，使得硬度显著下降。

对合金抗腐蚀的影响：对于纯钴来说，其本身抗腐蚀性较差，而钨溶于钴中能显著改善合金球齿在盐酸等溶液中的耐腐蚀性，但是腐蚀的速度随着钨含量的增多而增强。因此，在合金球齿中加入适量的钨或者碳化钨，能显著改善合金球齿的抗腐蚀能力。

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