涂层硬质合金新型涂层与结构——金刚石涂层(2-3)

以YG6硬质合金拉拔模具基体为例,利用气相沉积法将金刚石涂层沉积于硬质合金拉拔模具基体,通常为10-30pm的多晶金刚石膜,然后经过后续加工,如抛光、修整、嵌套等制成最后的成品。金刚石涂层硬质合金拉拔模具制作的基本工艺过程一般为:硬质合金基体的修磨 → 基体的清洗 → 基体前处理 → 基体的预处理 → 入炉 → 金刚石涂层沉积 → 膜层检测 → 精密修整、抛光 → 制成成品。首先选择硬质合金YG6模具基体(孔型与尺寸要与成品模具相适应),其次通过内孔的研磨和修整,使其形成较为合适的形状,还要预留出30μm左右的尺寸余量以配合涂层的相应厚度尺寸。然后再将修整之后的硬质合金模具基体进行喷砂处理,其主要目的是去除表面的杂质以及疏松物,达到一定的粗糙度,再使用酒精、蒸馏水等在超声波清洗机中进行清洗。最后,将模具在实现配制好的酸、碱液中进行表面的腐蚀处理,并再次采用蒸馏水、酒精进行超声波清洗,准备工作完成之后,将硬质合金拉拔模具基体装入CVD金刚石涂层沉积设备中。

涂层沉积较为常见的设备是热丝炉,其作用就相当于一个反应室,把含有构成相应薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸汽以及反应所必需的其他气体引入反应室。即预先通入氢气H2和甲烷CH4,将热丝加热至2500℃后,通过调节热丝温度、气体压力、气体流量以及相关工艺参数,从而在模具表面沉积一定厚度的金刚石膜层。有特殊精度或表面光洁度要求的,可通过精密修整与抛光工艺实现表面质量的进一步优化,从而满足不同工作环境对相应模具的要求。

涂层硬质合金

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制备多维网状结构三氧化钨

目前,人们已经能够用多种方法制备不同孔径的多孔氧化钨并且已经制备出了同时含有大孔、介孔和微孔的,或者只含有其中两种孔尺寸的材料。这些材料在催化、选择分离和传感器等方面有着重要的应用,然而,具有泡沫形状的多孔材料一般比较脆弱,易粉碎。三氧化钨是一个被广泛研究的过渡金属氧化物,因为它具有独特的性质在变色器件、传感器等方面得到应用。另外,三氧化钨基的掺杂复合物还具有催化作用。人们意思到三氧化钨的形貌和结构与所期望的应用功能有着直接关系。

多维网状结构三氧化钨步骤:
通过浓缩含有双氧水(H2O2)、甲醇、过钨酸和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的溶液,制备了含有介孔的WO3多维网状结构。用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、粉末X-射线衍射(XRD)、热失重分析(TG)、高分辨率透射显微镜(HRTEM)和N2等温吸附(BET)等技术,对所制备的和煅烧后的WO3网状结构进行了表征。

结论:
1. 光学显微和SEM照片展示了这种形似泡沫的多维网状结构的WO3不论在煅烧前还是煅烧后都比较稳定,表现出自支撑的性质。
2. 放大的SEM图表明,煅烧后网状结构的壁是由WO3的纳米颗粒组装而成的。
3. XRD衍射分析表明,WO3泡沫煅烧前是非晶体,煅烧后为正交晶系的晶体。作为结构诱导剂的PVP具有廉价和稳定所制备溶液的优势。

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钨细泥为原料制取仲钨酸铵

钨细泥是指黑钨矿选矿中采用重选方法难以回收的0.074mm微粒级含钨矿物的原料。现有的使用钨细泥制取仲钨酸铵(APT)的技术方法有三种,分别是经典法、碱浸-离子交换法、碱浸-萃取法。经典法处理低品位钨矿的原则流程是:碱浸→钨酸钠溶液蒸发结晶→除磷砷硅→除钼→盐酸分解→氨溶→仲钨酸铵蒸发结晶。经典法的优势在于工艺成熟、设备简单、容易投产;但是,经典法的工艺流程比较长,对原料中的杂质含量有严格要求,另外需要两道专门除杂的工艺。

一种新的以钨细泥为原料制取APT的工艺,在经典法的基础上,采用一定的工艺措施,控制合适的条件,简化除杂工艺,省去经典法中的两道专门除杂步骤。具体步骤为:碱浸→钨酸钠溶液蒸发结晶→碱液搅洗→盐酸分解→氨溶→仲钨酸铵结晶→NH4Cl溶液搅洗。

钨泥

该方法的优势如下:
1.有效解决W与杂质Mo、P、As、Si等的分离问题,不需要专门的净化工序,从而缩短工艺流程,设备投资少,降低生产成本,具有显著的经济效益;
2.钨的总冶炼回收率达90%以上,可直接制取参照WO3GB3457-82达一级品的粒度可控制的高纯仲钨酸铵;
3.生产规模不限,可大可小,对原料的适应性强;
4.设备简单,辅料来源广泛,工艺过程易于操作;
5.环境效益上,三废(废气、废水、固体废弃物的总称)排量少,且仅需简单处理就可以达到工业排放标准。

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仲钨酸铵中的杂质钠

仲钨酸铵(APT)是钨冶金工艺中一种重要的中间产物,其中的杂质含量将直接影响最终生成的钨产品的特性和质量,而钠(Na)含量的高低关系到产出的钨粉颗粒大小。钠含量高的仲钨酸铵经煅烧,生成高钠WO3粉末,高钠WO3粉末是制备粗颗粒钨粉的上流原材料;反之低钠仲钨酸铵最终生成细颗粒钨粉。因而,工业上要生产细颗粒的钨粉,控制仲钨酸铵中钠含量在一个较低状态的必要性,也就不言而喻了。
钨中杂质元素表

钠离子(Na+)在APT结晶溶液中的主要存在形式是仲钨酸钠,由于仲钨酸钠与仲钨酸铵在组成和结构上相似,钠可能以替代或间隙杂质离子形式或者表面化学吸附方式进入到APT晶格中。仲钨酸铵中杂质钠的来源有以下两方面:
1、生产用水
采用单级复床净化水工艺,控制纯水的平均电阻在8*104Ω*cm,则水中的钠含量将非常低,不对钨产品的质量产生影响。
2、解吸剂中的氯化铵
离子交换法生产的APT中钠的含量比较大,一般达到(3~7)*10-2%,远大于Na含量最高值0.01【根据细钨粉的金属元素分析表】,故而会对细钨粉造成影响。在此种情况下,钠含量不仅与本身浓度有较大关系,也受APT的过饱和度、成核速率、晶体长大速率、已有晶体的粒度、形态和表面以及溶液粘度等因素影响,而所列的这些因素皆受WO3的浓度的影响。

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中国黑钨矿选矿技术

中国的黑钨矿的选矿普遍采用重选为主的联合选矿工艺,一般分为粗选、重选、精选和细泥处理等选别作业段。
黑钨矿选矿的原则流程一般为:预先富集手选丢废;多级跳汰、多级摇床、阶段磨矿、摇床丢尾;细泥归队处理、多种工艺精选、有用矿物综合回收。
部分钨矿选矿厂不设精选作业,生产出重选毛砂后进行委托加工,如漂塘大江选矿厂、章源钨业的石雷钨矿与新安子钨矿和荡坪钨矿的几个选矿厂等。
选矿主要设备有:颚式破碎机、圆锥破碎机、对辊破碎机、棒磨机、球磨机、跳汰机、水力分级机、摇床、浮选机等。
黑钨矿采矿贫化率高。根据黑钨矿围岩与脉石易于辨认的特点和表面物理性质的差异,在入重选前一般要进行粗选丢废。
目前手选仍是中国石英脉型黑钨矿粗选丢废的主要手段,光电拣选机、重介质选矿由于种种原因没有应用。
 
在粗选中,依据钨选矿“早收多收,早丢多丢”的原则,尽早使黑钨矿在解离后回收,是提高钨选矿回收率的重要措施。部分黑钨矿山在手选作业中单独选出块钨和富连生体,直接进入精选作业,避免了高品位块钨和破碎、磨矿、重选作业及皮带运输等环节中发生泥化损失,实现了“早收多收”,提高了钨回收率。盘古山、大吉山钨矿粗选工艺流程中,就结合使用了这几种工艺技术,提高了钨回收率,降低了粗选段钨的损失。

黑钨矿
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高浓度钨酸钠溶液离子交换的新工艺

离子交换分离法是利用交换剂与溶液中的离子发生交换进行分离的方法,是一种固液分离方法。广泛应用于水处理、医药、冶金、化工等领域。离子交换剂应用中最主要的类别是离子交换树脂,离子交换膜等。离子交换树脂又分为酸性离子交换树脂、碱性离子交换树脂、中性离子交换树脂等。
 
钨是中国的丰产元素,随着科技进步,钨的冶炼技术也取得了长足进步。在粗钨酸钠溶液净化除杂及转型方面,国内学者首创了强碱性阴离子交换技术,但这种方法消耗大量的水资源和能源动力,污染环境,钨损失大。所以提高待交换钨酸钠溶液浓度,大幅度降低稀释水用量是亟待解决的问题。
 
针对这一问题,本文介绍了一种高浓度钨酸钠溶液离子交换的新工艺。操作方法为:使钨酸钠料液以一定速度流经离子交换柱,用辛可宁检验交后液中钨的漏穿点。使用3mol/LNH3和5mol/L NH4Cl作解吸液解吸树脂上被吸附的钨。 使用硫氰酸盐分光光度比色法分析溶液中 WO3的浓度。 
 
根据这一方法可得出以下结论:
1. 传统工艺对溶液浓度的适应能力极差,新工艺对于高浓度钨酸钠溶液具有极好的适应性。
2. 新工艺中,溶液流速的变化并没有影响到工作交换容量,吸附时对溶液流速的限制也大幅度放宽,意味着高的生产能力和效率。 
3. 传统工艺在操作中要求NaOH浓度小于8g/L,而新工艺的吸附过程基本没有受到溶液中碱浓度的影响。 
 
总之,与传统工艺相比,新工艺保持了传统工艺的优点,而且还突破了对交前液浓度的限制,可在高的WO3、 NaOH浓度的条件下实现钨的吸附、净化和转型。稀释用水大幅度削减,相应车间建筑空间和动力消耗也得以下降,设备的处理能力则相对上升。最后还降低了化工原料NaOH的消耗和环境污染,有利于推进钨湿法冶金的清洁高效生产。
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钨酸钠溶液中测钼方法的改进

钼为银白色金属,硬而坚韧,是钢中重要的合金元素之一,也是人体及动植物必需的微量元素。它是一种有益元素。钢中加入钼,可增加淬透性、热硬性、热强性,防止回火脆性,改善磁性等。工厂实用分析方法有:质量法、分光光度法。质量法是目前常用的分析方法之一。      硫氰酸盐光度法是应用较为广泛的分析方法。该方法简便、快速,可在水相中显色测定,也可用有机溶剂萃取测定。滴定法虽有多种方法,但与其他方法相比,手续繁杂,干扰较多,故很少使用。
 
钼
本文对传统的测钼方法进行了一些改进,在钨酸钠溶液中用草酸代替柠檬酸、在显色液中降低硫脲浓度,克服了溶液混浊现象,提高了显色液的稳定性,缩短了流程,节省了试剂。 
1. 草酸对钨的掩蔽作用及用量:原方法采用柠檬酸作掩蔽剂,现在采用草酸,用量仅为75mg。将草酸混入硫酸中可省去一步操作。对于钨酸钠溶液的测定而言,在规定的分取量下不会析出钨酸。 
2. 加入硫脲对发色强度和稳定性有一定的影响。采用草酸作掩蔽剂,可以降低硫脲浓度,克服混浊出现。选用0.3%~0.4%硫脲加入量。 
3. 介质酸度对吸光度有一定的影响。硫氰酸盐对发色强度和稳定性有一定的影响。选用硫氰酸盐浓度在1.5%~2.5%为宜。 
4. 铜离子起催化还原作用,可加速钼还原。铜离子越多,还原速度越快。铜离子也能加速硫脲对铁的还原。 
 
综上,可得出以下结论:
1. 以硫脲还原、硫氰酸盐显色测定钼的传统方法经改进后,用于测定0.004%~0.5%的钼,具有快速、简便的优点。
2. 与柠檬酸相比,草酸不仅能有效消除大量钨干扰,使显色液稳定,测定结果准确,而且流程短,成本低。 
3. 本方法可在厂矿企业生产过程控制分析中应用。
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离子交换法分离钨酸钠溶液中的钒

钒是银白色金属,熔点很高,为难熔金属。有延展性,质坚硬,无磁性。具有耐盐酸和硫酸的本领,并且耐气、盐、水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。钒的用途十分广泛,有金属“维生素”之称。最初的钒大多应用于钢铁,通过细化钢的组织和晶粒,提高晶粒粗化温度,从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性。后来,人们逐渐又发现了钒在钛合金中的优异改良作用,并应用到航空航天领域,从而使得航空航天工业取得了突破性的进展。
 
钒随着工业的高速发展,钨矿资源日趋减少,废钨资源的回收利用日益受到重视,废弃的钨金属制品经常含有其他有价金属成分,钒就是其中一种。钨回收过程中,废料中的钒和钨进入钨酸钠溶液,现有的分离技术还不成熟,容易造成钒的大量损失。
 
有报道研究成功了一种从废弃的钨金属制品中回收钨和钒的工艺,实现了对钨和钒的有效分离,采用的是离子交换法。对钨酸钠溶液先进行预处理,经过转型后的树脂吸附,钒吸附在树脂上,而钨大部分保留在流出液中,从而达到分离目的。通过此方法可得以下结论:
1. 对于OH- 型树脂,钒和三氧化钨都很难吸附上去。转为Cl- 型树脂后,钒很容易交换上柱,而三氧化钨不容易上柱。
2. pH值较低有利于树脂钒的吸附。流速对钒穿透交换容量的影响是非常显著的,说明树脂的交换速度比较慢,只有流速较小时才能保证其良好的吸附性能。 
3. 钒浓度越高越有利于树脂对钒的吸附,即钨和钒的分离系数越大。
 
总之,将含钒钨酸钠溶液pH调至8-10,通过经盐酸转型的某型号树脂吸附,钒被有效吸附于树脂上,钨绝大部分不被吸附进入交后液,从而达到钨钒分离的目的。钒的去除率和钨的回收率都达到了较高的水平。
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控制仲钨酸铵结晶中钠的含量 3/3

5、结晶时间
APT结晶时间是与结晶温度相关的因素,结晶温度高,则所需结晶时间短;反之,则结晶时间长。实验证明,杂质不仅可以在结晶过程中进入晶格,也能够在晶体与母液长时间接触中转入。也就是,结晶时间增长,会促使钠更多的进入到APT晶体中。所以,要得到高质量的细钨粉,有必要降低APT的结晶时间。
6、搅拌强度
随着APT蒸发结晶温度的升高和溶液过饱和度降低,搅拌对二次成核和扩散的影响都将减弱。其原因可能是高温状态下蒸发结晶,由于钠离子在水溶液中溶解度虽温度升高而增大,其在溶液中未达到饱和,与晶体接触的机会相对减小。尽管搅拌能有效增加接触机会,但是,这个影响不是很大。
7、结晶器壁比面积(S/V)
S/V增大,意味着结晶器壁表面的结垢增大,使得APT固相表面积加大,碰撞机会增加,促使钠进入APT晶格。故而,降低结晶器壁比面积可以降低APT中钠的含量。
蒸发结晶系统

APT蒸发结晶过程中,提高钨酸铵溶液中的WO3浓度可以同时降低氯化铵用量和钠离子浓度,有利于降低APT中的钠含量;在一定范围内降低APT结晶率、提高结晶温度和缩短结晶时间、降低搅拌强度均能在不同程度上降低钠的含量。结晶器壁比面积和洗涤也是减少钠含量较为有效的办法。

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控制仲钨酸铵结晶中钠的含量 2/3

2、钨酸铵溶液起始WO3浓度
钨酸铵溶液中,钠因过饱和而析出的产物最大可能为钨酸钠。有研究表明,当钠离子的起始浓度固定时,WO3的浓度越高,APT中的钠含量越低。这主要是因为蒸发结晶过程中APT的过饱和度迅速消失,结晶后期APT晶体的析出完全依赖于溶液中水分的蒸发。而在一定温度下,不论结晶程度如何,结晶母液中WO3的浓度始终维持一个较高的值。高浓度的WO3在 相同结晶率下相对于稳定浓度的钠离子具有较大的结晶母液体积,故而,整个结晶过程将在较低Na+浓度下进行。所以,提高钨酸铵溶液起始WO3浓度可以降低APT晶体中钠含量,进而提高钨制品的质量。
3、结晶温度
完整块状的晶体和颗粒均匀的粗晶所夹带的杂质一般比较少。APT蒸发结晶温度高,则APT晶体中的钠含量较低;反之,蒸发温度低,则APT中钠含量相对较高。这是因为,仲钨酸钠的溶解度随温度升高而增大,同时,高温容易得到粒度均匀的粗颗粒晶体,反之,低温则得到粒度不均的细颗粒APT晶体。由于APT细晶具有多种不同晶形,且表面积较大,晶体缺陷(如多孔、裂缝等)较多,这会加速钠的多相成核速率,同时促使钠进入APT晶格。故而,保持APT结晶在高温环境中进行,能有效降低晶体中钠含量。
4、洗涤
洗涤能除去吸附在APT晶体表面的Na+和残留在晶体间隙的母液,从而较大程度降低APT中钠的含量。

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控制仲钨酸铵结晶中钠的含量 1/3

在钨冶金工业中,仲钨酸铵(APT)作为重要的中间体,APT中杂质含量将影响其最终成品钨的质量。而钠的含量的高低会影响钨粉的颗粒度,高钠APT可以用于制备粗颗粒的钨粉;低钠APT则可以用于制备细颗粒钨粉。钨合金中最主要的原料是钨粉,其粒度的大小对钨合金的性能起到关键性作用。含细颗粒钨粉的合金性能明显高于含粗颗粒钨粉的合金。如果,钨粉颗粒为超细颗粒,那么合金性能可以得到一个质的飞跃,达到高强度与高硬度两者相统一的效果,从而扩展钨合金的应用领域。
钨粉颗粒

工业上为得到细颗粒钨粉,尽量减少其上游产品仲钨酸铵中钠的含量是一种行之有效的方式。文章将从钨酸铵溶液起始WO3浓度、APT结晶率、结晶温度、结晶时间、搅拌强度等7个方面对钠析出的影响,分析APT蒸发结晶过程中如何降低APT中钠的含量。
1、APT结晶率
APT蒸发结晶初期,由于溶液中APT过饱和度大,晶核生成和晶体成长的速度都很快,产生颗粒小的APT晶粒,此时,杂质钠容易进入到晶体内部。随着蒸发结晶的进行,溶液过饱和度迅速下降,含钠高且表面积大的APT小晶体容易溶解,而含钠少的大晶体则持续长大,使得APT中钠的含量总体呈下降趋势。而后随着母液的浓缩,Na+浓度不断提高,APT与Na+接触面积增大,APT中钠又呈上升趋势,如此循环。

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