原料

实验用原料为商用W粉与氧化钍粉，钨粉牌号为GW-06，纯度为99. 6%，平均粒径约0.6μm。经硝酸钍加热分解而成，费氏平均粒度为-300目，纯度为99.5%。

设备及工艺参数

高能球磨设备为德国Simoloyer01-2LM型卧式球磨机，如图
该型高能球磨机的简体及搅拌杆采用特种耐磨合金制成，磨球材质为轴承钢，球磨过程中主轴转速和球磨时间均由计算机控制，球磨时可选用在惰性气体保护下或在真空状态下进行。该型高能球磨机具有球磨效率高、粉体粒度均匀、杂质含量低等特点。球磨机筒体内径为146mm，磨球直径5mm。本实验选择航空汽油作为研磨介质，并通循环水冷却保护。

球磨时间和能量大小是高能球磨动力学的决定因素，对制成粉体的粒度、均匀度与杂质含量起到决定性的影响。对上述因素产生影响的高能球磨工艺参数为转速、球料比、球磨时间、原料性质、料温和气氛等。在本实验中的球磨过程中加入航空汽油的作用是提高研磨效率、改善润滑条件、减少设备的磨损、提高粉末的均匀性、减少粉末污染。在球磨过程中，通过对在不同的研磨时间间隔下取粉，测试粉末的粒度、均匀程度及其杂质含量等，经过工艺优化。

混粉工艺

纳米微粒由于大的比表面和表面原子配位不足，因此具有较强的表面活性和较强的吸附性，使它们很容易团聚在一起从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体。

旋锻工艺

雕锻法制备纳米复合钨-2%氧化钍电极材料这一试验在太白钨合金厂进行，具体工艺过程如下：
(1)混料(2)压形(3)预烧结(4)垂熔烧结(5)旋锻(6)拉拔(7)矫直磨光。


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由于具有优良的综合性能，传统的钨-2%氧化钍电极是目前广泛应用的热阴极材料，旋锻法是目前广泛应用的工业化方法。旋锻法又称为径向锻造法或旋锤法，它实际上是模锻的一种特殊形式。旋锻机的工作原理是由两块或多块锻模一方面环绕被锻坯条轴线高速旋转，另一方面又对坯条进行锻打，锻打频率约为6800～12000次/min，从而使坯条变形。垂熔烧结后的钨条，首先要通过旋锻，然后才能拉伸成所要求的成品丝材。旋锻与拉伸相比，具有以下优点：(1)受力状态好。在旋锻时，坯料在合理的工艺条件下受三向压缩应力的作用，旋锻力周期性的变化着，而且外摩擦力不大。由于金属的变形较缓和，所以适合于加工低塑性的坯条；(2)可有效改善金属的组织和性能。具有粗、细晶交叉分布的多孔垂熔坯条，通过旋锻破碎成细晶粒，并且随着总变形程度的增加口，将杂乱排列的多孔垂熔粗晶组织逐步转变成为致密定向排列的细晶组织。因此，金属的密度、塑性和强度等都得到显著的提高，从而为生产合格的杆材和顺利地进行拉丝创造了有利条件；(3)旋锻与其他开坯方法（如，轧制法和挤压法）相比，还具有设备小巧和操作简单，以及变形量消耗少等优点。在旋锻过程中，由于坯料的变形功和摩擦力不大，因而所需要的电动机功率仅为1.5-2.0kW左右。

然而，材料经旋锻加工后，钨阴极中的氧化钍呈杆状或针状，由于晶粒较粗，严重恶化了阴极的性能。作者课题组通过高能球磨，再经热压烧结，一种新的纳米复合钨-2%氧化钍阴极材料被开发放成功。该材料中的氧化钍粒度小于100nm，表现出比相同牌号商用电极更好的起弧能力和抗电弧烧蚀性能。但由于该工艺使用的最大压应力小于50MPa，因此材料的相对密度仅为94.5%，远低于传统阴极（全致密），断裂韧性也较差。该法的缺点是成本高，不适合于工业化生产。因此，限制了这种新型阴极材料的应用。

为了使这种材料的性能得到进一步改善，作者采用旋锻工艺制备纳米复合钨-2%氧化钍阴极材料，并探讨其工业生产的可能性，使其真正走出实验室。


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据报道，全世界生产的银有25%用于电子和电工，其中绝大部分用于制造钨银电触头。钨银电触头合金是由导电性高的银和难熔金属钨组成。金属钨和银之间只能形成假合金，因此，钨银合金呈现出钨的耐高温、高硬度、低膨胀系数和银的高导热导电性、好的塑性等综合优异性能。钨银假合金主要是用作电器行业中的交、直流接触器，断路器，继电器，起动器以及开关装置的电触头材料。钨银系列电触头是钨基电触头材料中常见的另一大类。属高、低压触头材料，耐电弧烧损、抗熔焊性好。其主要缺点是接触电阻不稳定。因此，近年来国外对银钨的研究，较多地放在改善其接触电阻方面。近期的研究表明，银钨触头接触电阻不稳定是由于触头在开断过程中，表面生成氧化银，钨酸银及其他一些非导电性的化合物，以及银钨触头表面的钨逐渐增高等原因所致。解决途径可从两个方面进行。其一是材料成分组成，通过在银钨触头材料中添加金属镉、锌、镁、氧化铝及铁族元素来改善，其中以添加钴对改善银钨接触电阻的效果较显著，接触电阻值比原来的银钨合金低1/3-1/2，但磨损率增大，耐电弧腐蚀性能有所降低。另一方面是从制造工艺方法着手。银钨组分，钨粉粒度，制造方法对银钨触头性能都有影响。在高银含量的银钨合金中，钨含量越高，接触电阻越大，钨颗粒越粗，硬度越低，耐电弧腐蚀性越差。

对低钨银触头材料而言，不能仅靠提高压制压力来使产品致密，提高密度，因为当压制压力增大到一定程度后，制品烧结出现膨胀。这是由于银粉内的气体在高温下膨胀，要排出体外，而孔隙却由于烧结而封闭，堵塞了气体出路，于是产生膨胀，烧结密度低于压坯密度。

钨银合金是由金属银和难熔金属钨组成。一般而言，银和钨可以按任意比例组合，银钨比例常见有70/30-20/80不等。

其制备方法与钨铜系列电触头合金基本一致，也是采用粉末冶金工艺来实现。一般来说低银（高钨）的钨银系列电触头，常采用压制-液相烧结法和熔渗法，特别是熔渗法；银（低钨）（w(银)> 60%）的钨银系列电触头，常采用压制-固相烧结-复压-复烧（退火）法。

此外，为了提高触头材料性能，近年采相继涌现出一些新工艺技术，如纤维强化法、等静压法、离子注入法、电弧熔炼法等。




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压制-烧结法

这是一种制备钨铜系列电触头合金的传统粉末冶金方法。首先将所需的钨粉和铜粉按一定比例配料，然后进行混合（同时加人润滑剂）。混合后进行压制成形，再进行烧结，经过或不经过辅助加工制得成品。烧结一般有两种方法，一种是固相烧结，压块在低于铜的熔点下烧结，在烧结过程中没有液相产生；一种是液相烧结，即烧结温度高于铜的熔点，烧结过程中有液相产生。后者较前者可获得较好的性能。除此之外，高钨的钨铜、钨银、碳化钨铜等触头还常采用压制一液相烧结法制造，而低钨的钨铜、钨银等触头可采用压制一固相烧结法制造，但由于不能很好地消除孔隙，故产品性能降低。

后来，人们多采用后处理如复压、复烧（退火）、挤压、锻造等手段来提高产品性能。由于制粉技术的改进，超细粉、纳米粉的应用，通过该法可获得密度高的烧结产品。

熔浸（渗）法

熔浸（渗）法是目前制造W-Cu系列电触头常用的方法。可以制得几乎无孔的触头，适于制造高钨的钨铜、钨银、钼银以及碳化钨银、碳化钨铜等高压触头材料。

首先，将所需的W粉或添加混合有少量铜粉的钨粉压制成坯，并将熔渗用金属铜与压坯叠置在一起。然后在还原气氛（如氢气）或真空中，在高于铜的熔点的温度下再进行烧结。在烧结过程中，依靠毛细管作用，使熔融的铜渗入W骨架。烧结和熔渗可分开进行，也可合为一个工序。但预先烧结骨架再熔渗的方式可获得较高强度的骨架使触头更耐电弧烧损。熔渗密度一般为理论密度的97%-98%，因为，烧结骨架中总存在极少量的封闭孔隙不能被熔渗金属填充，因此，熔浸制品不可能完全致密，熔浸后还可经冷、热加工，进一步提高密度。w(钨)<60%的材料塑性较好，可以冷加工，w(钨)> 60%的材料的加工温度应为600-800℃。熔浸温度一般超过铜熔点50-100℃。熔浸时，易熔金属可置于骨架的上部或下部，但置于下部对骨架内部气体的排出较有利，并可控制冷凝方向获得密度较高的制品。




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钨-镍-铜系高密度合金制备拄要采用粉末冶金方法来实现，包括原料粉末准备、混合料制备、压制成形、烧结、后处理等几方面。

原料粉末准备

原料粉末主要是钨、镍、铜粉，也可以加入少量其他元素粉末，视需要而定。粉末纯度要高，同时应避免潮湿氧化，钨粉的纯度应大于99. 7%。杂质含量对钨合金的塑性和冲击韧性影响很大。特别是非金属杂质微量元素会引起2一黏结相界面出现杂质偏析，造成合金脆化。由于钨基高密度合金的烧结密度和金属粉末的粒度及组成有密切关系，一般要求粉末粒度细，平均费氏粒度应小于4～51μm，而且粒度组成要适当，不然会降低合金的烧结密度，影响合金的力学性能。一般用还原钨粉，羰基镍粉、铁粉和电解铜粉。

混合料制备：球磨混料法、二次热解还原法、机械合金化

压制成形

传纺统的成形方法多采用模压成形。只要模具设计适当，可以压制成形状简单而整齐、特别是尺寸较菠小的生坯。

烧结

钨--镍-铜系高密度合金烧结是邑一类典型的液相烧结。烧结的目的是尽量接近理论密度，应具备下列条件：(1)钨合元中有足够的液相；(2)固体在液体中有相当大的溶解度；(3)固相（钨颗粒）完全被液相所润湿。

钨合金的后处理

钨合金的后处理是指对烧结态钨合金进行处理，主要目的是改善合金性能，提高合金质量。包括：热处理和形变加工（旋锻）等。  热处理是调节改善合金性能绅有效手段。烧结后的变形加工（旋锻）可大大提高合金的强度，但塑性却有所降低。应根据实际要求来决定采取何种后处理手段。




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在金属熔渗工艺的发展过程中，使用过许多方法。

(1)部分浸入熔渗法：它是将骨架体的一小部分浸于坩埚中的熔融金属浴内，其作用如同一根吸油绳。靠毛细管力将液体吸入并沿毛细管上升，排出孔隙中所含的气体。

(2)全浸入熔渗法：它是将骨架完全浸入熔体中，使熔体从各个方面向心部渗入。此时，骨架中的气体容积只能通过熔体的填补来消除。为避免裹带气体，必须将骨架缓慢地或分阶段地进行熔渗。采用真空气氛有利于进行脱气。

(3)接触熔渗法：可将熔渗剂置于骨架顶部或底部，当将熔渗剂置于骨架底部或者采用真空气氛时，有助于置换孔隙中的气体。

(4)重力-注入熔渗法：它是将骨架依序装在一失蜡铸造的惰性模型中，用外部压力来增强毛细管力，而外部压力是通过骨架上面蓄积的熔渗剂熔体的高度位差产生的。若压头的质量足够大，则可同时熔渗几个骨架，并可像乡失蜡铸造一样将骨架进行成组排列。该种方法适用于制造精密、异型与具有一定断面的金属陶瓷涡轮叶片。

(5)外部加压浸渍法：在润湿性差、孔隙的大小和分布不当，或者液体黏度高、毛细管力无效时，只有借助相当大的外力才能使熔融金属浸渍固体骨架。可用气体或液体、静载荷或油缸内的柱塞来提供这种外力，同时，必须使压力作用于熔体上。

(6)真空熔渗：可以采用两种方法产生真空。一种是通过骨架的连通孔隙系统抽吸液相，从而产生一压力梯度，这就使作用于熔融熔渗剂上的大气压力变成了驱动力。这需要一装熔融熔渗剂与骨架的密闭系统，然后对骨架端面抽真空，而不与熔体相接触。第二个方法是仅仅将整个熔渗装置置于真空炉中，这种方法对含有强烈脱气组分的系统是实用的。


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碳化钨球也叫做钨球、纯钨球、纯碳化钨球和钨合金球。

碳化钨球可用于制作猎枪子弹。猎枪的子弹与常规子弹不同，猎枪子弹是由一个个小球填充而成的。但子弹射出枪口时，子弹分散成一个个小球。火药的威力作用在每个小球上，每个小球上的能量很低。狩猎活动中，主要用于狩猎鸟类或者其他小动物。

碳化钨球是用纯钨材料，其密度超过19.2g/cm3，它是最高密度碳化钨球。使用纯碳化钨球撒施的另一个原因是，碳化钨球具有最高的熔点。

碳化钨球，钨合金，镍和铁球或其他金属元素，以提高其他属性，如钨unbrittle和容易处理。钨合金球，可显著球的话，但纯碳化钨球有没有这样的的属性。

碳化钨球需要用极端的硬度和耐磨性;轴承，滚珠丝杠，阀门，流量计等应用。也可用于压印和支点，制动器和计和示踪的技巧训练班球。被广泛用于上浆ballizing或整个十进制英寸大小碳化碳化钨球。训练班球也可用于测量和检查。

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硬质合金原料粉末粒度越细、粉末晶体缺陷就少，当粉末粒度小于0. 1μm或为纳米级时，粉末晶体几乎无缺陷。理论研究和生产实践表明，当硬质合金中碳化钨晶粒尺寸小于0.5μm时，晶粒赶越细，其缺陷越少，钴黏结相的平均自由程减小，抗弯强度和硬度值能同时升高，例如，钴含量为10%以下的超细硬质合金的耐磨性是普通硬质合金的3—10倍，用于加工印刷线路板的超细硬质合金微型钻，其使用寿命为不锈钢的50倍。生产中一般将碳化钨晶粒尺寸小于0.6pm的硬质合金称为超细硬质合金。生产超细硬质合金时除需采用超细碳化钨粉末外，一般都需添加不同成分的晶粒生长抑制剂，方可制备出碳化钨晶粒细小的超细硬质合金。但超细硬质合金的生产过程难度大，混合料的制备、成形方法及最佳烧结工艺的组合对合金的性能有着至关重要的影响。

晶粒生长抑制剂的抑制机理

制取超细硬质合金所用的碳化钨粉粒度比一般的碳化钨粉要细得多，这种碳化钨粉末活性高，在烧结过程中极易长大。

晶粒抑制剂对合金性能的影响

生产超细硬质合金时晶粒抑制剂的加入方式有三种：(1)在混合料制备时与碳化钨粉，钴粉同时加入；(2)在超细碳化钨粉或碳化钨钴复合粉制备过程中加入；(3)在超细钨粉制备过程中加入。

超细硬质合金的制备工艺

超细硬质合金的制备工艺一般为真空烧结+热等静压或真空-低压烧结。与普通硬质合金不同的是，由于WC粉末粒度较细（小于0. 6μm），比表面大且化学活性高，烧结驱动力大。

超细硬质合金烧结新技术：微波烧结、放电等离子烧结。




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硬质合金刀片因其高硬度和高耐磨性，广泛应用于多种领域。

1、焊接式切削刀具结构应具有足够的刚性足够的刚性是以最大允许的外形尺寸以及采用较高强度的钢号和热处理来保证。

2、硬质合金刀片应固定牢靠硬质合金焊接刀片应有足够的固定牢靠程度，它是靠刀槽及焊接质量来保证的,故要根据刀片形状及刀具几何参数选择刀片镶槽形状。

3、认真检查刀杆
在将硬质合金刀片焊接至刀杆上以前须要对刀片，刀杆进行必要的检查,首先应检查刀片支承面不能有严重弯曲.硬质合金焊接面不得有严重渗碳层，同时还应将硬质合金刀片表面及刀杆镶槽中的污垢进行清除,以保证焊接牢靠。

4、合理选用焊料
为了保证焊接强度,应选择合适的焊料，在焊接过程中,应保证良好的湿润性和流动性，并排除气泡，使焊接与合金焊接面充分接触，无缺焊现象。

5、正确选择焊接用熔剂
建议采用工业硼砂，在使用前应在烘干炉中进行脱水处理，然后进行碾碎,过筛去除机械杂物，待用。|

6、选用网状补偿垫片
在焊接高钛低钴细颗粒合金及焊接长而薄的合金刀片时，为减少焊接应力,建议采用厚度为0.2--0.5mm的薄片或网孔径2--3mm的网状补偿垫片进行焊接。

7、正确采用刃磨方法
由于硬质合金刀片脆性较大，对裂纹形成敏感性强，所以刀具在刃磨过程中应避免过热或急冷，同时还要选择合适粒度的砂轮及合理的磨削工艺，避免产生刃磨裂纹，影响刀具使用寿命。

8、正确安装刀具
在安装刀具时，刀头伸出刀架的长度应尽量小，否则,容易引起刀具震动，从而损坏合金片。

9、正确重磨、研磨刀具
刀具使用达到正常磨钝时，必须进行重磨,重磨后的刀具，一定要用油石对刃口及刀尖圆角进行研磨，这样会提高刀具的使用寿命及安全可靠性。


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利用真空中蒸发、溅射、等离子体离子化等物理方法使金属(铊、锆)由熔融体（通过蒸发）或者固体（通过喷镀）转人气相并与气态非金属组元发生化学反应，所生成的化合物沉积在被加热到500℃左右的硬质合金基体上的过程称为物理气相沉积涂层。物理气相沉枳涂层法可分为三大类：蒸镀法、溅射法和离子镀法。日則皿用最广泛的是真空电弧蒸镀法、电子束蒸镀法和高速磁控溅射法。物理气相沉积与化学气相沉积相比具有如下优点。

(1)由于物理气相沉积温度一般为500℃左右，在此温度下涂层与基体不产生扩散层，因而使基体强度不变；
(2)涂层具有细微型结构，在涂层中产生压应力，涂层韧性较高，抗裂纹扩展能力强；
(3)涂层表面光滑，能有效阻止横向裂纹的扩展。

因此，物理气相沉积涂层特别适用于切削刀片的涂层。为了保证涂层与基体牢固黏结，基体表面的光洁度是十分重要的，如果基体表面有缺陷存在，则会造成涂层脱落。因此，涂层前基蚀嘉而需经过超声波、离子侵蚀等方法进行处理。

离子镀法

离子镀(IP)法是一种等离子体激发物理气相沉积方法，即采用离子和具有能量的中性原子轰击溅射净化后的基体（沉积前）并在沉积过程中控制涂层成核和生长过程。

真空电弧蒸镀法

真空电弧蒸镀法是使金属、合金或化合物在真空中电弧蒸发、离子化、溅射并沉积在基体上的一种涂层方法。




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化学气相沉积是最早应用于硬质合金刀片涂层的方法，也是目前涂层硬质合金生产中普遍应用的一种方法。目前，硬质合金涂层技术发展迅速，开发出中温化学气相沉积、等离子体化学气相沉积及离子溅射化学气相沉积等方法。

高温化学气相沉积

化学气相沉积的基本原理是：将需涂层的硬质合金产品装入高温化学气相沉积炉中，通入化合物蒸气及反应气体，在1000℃以上的高温下发生化学反应并沉积在产品表面。

在高温涂层炉中于1个大气压下进行涂层。涂层炉由一带或多带加热器，反应室，供、排气系统，气体净化系统，气体流量控制系统等组成。

近年来，还开发了功能不同的多层涂层结构的硬质合金刀具，如碳化铊-氮碳化铊-氮化铊、碳化铊-氧化铝-碳化铊等三层复合涂层的碳化钨基硬质合金刀片。碳化铊的热膨胀系数与基体硬质合金相近，因而涂层与基体结合强度高；最外层为抗月洼磨损性能优异的碳化铊涂层；中间层为性能介于二者之间的氮碳化铊涂层。因此，保证了涂层）9片具有优异的使用性能和较长的使用寿命。美国肯纳金属公司生产的多层（8-10层）涂层硬质合金由外层、中间活性层和底层组成。外层碳化铊涂层减少了刀瘤的产生；交替组合的0.5-0.7μm的Al2O3（3-4层）/0.2-0. 5μm的：氮化铊(2-3层)中间活性层，主要功沟能是抗月洼磨损、减少崩刃并增大层间黏结强度；底层则为氮化铊和氮碳化铊（或碳化铊）层组成，从而保证了整个涂层与基体及中间活性层平滑地黏结。

中温化学气相沉积：采用有机腈类的有机化合物取代甲烷和氮气可使涂层温度降低到700-900C。

等离子体化学气相沉积：这是利用电或者电磁气体放电激发的等离子体来进行化学气衙陀积的的涂层方法。




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