碳化钨粉的碳化过程及碳化钨粒度的影响因素

碳化钨粉(WC)是硬质合金生产的最主要原料,化学式WC。WC为六方晶体,晶胞结构为非对称结构,其简单六方型结果中每一个晶胞包含2个原子。钨与碳的另一个化合物为碳化二钨,化学式为 W2C,两者晶体结构如图1所示。表面有金属光泽,硬度与金刚石相近,为电、热的良好导体。熔点2870℃,沸点6000℃,相对密度15.63(18℃)。碳化钨性质较为稳定,不溶于水、盐酸和硫酸,但易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。碳化钨为硬质合金中最常见的硬质相。目前我国为碳化钨粉末最重要的生产国和出口国。
碳化钨结构图片
用金属钨粉和炭黑为原料,按一定比例配成混合料,将混合料装入石墨舟皿中,置于碳管炉内或高中频感电炉中,在一定温度下进行炭化,再经球磨、筛分即得碳化钨粉。生产过程如图2所示,
碳化钨生产流程图片
碳化钨粉的碳化过程是钨粉和炭黑的混合物在一定温度下与含碳气体发生反应,依靠钨粉颗粒表面与含碳气体的反应与碳向钨粉颗粒内部的扩散来实现。
在经过配碳工序后,W粉与C粉机械混合,之后进入碳化工序。目前碳化工序主要有三种碳化炉:碳管炉、钼丝炉和中频炉。
碳管炉:保温不好,耗能大,使用寿命短,但其灵活性好,可适应各个温度段加热环境,即可生产不同粗细颗粒的W粉。
钼丝炉:能耗大,耗电且耗H2。维修成本高,升温周期长(新炉升温需半个月左右时间,旧炉升温需一周,降温需一周),产量小,易坏。最高温度低,所以生产的产品受温度影响受限,只能生产中、细颗粒产品。
中频炉:能耗较前两种碳化炉小,且通N2工作。升温、降温速率快。理论上,中频炉可适应各个温度段的工作环境。
 
影响WC粉粒度的因素:
1)W粉粒度,直接决定WC粒度;
2)碳化温度,影响程度弱于原始粒度。碳化高温作用:破碎细化、烧结长大。当提高碳化温度时,细颗粒的长大加快,中颗粒会长大,粗颗粒不长大略细化;
3)碳化时间:指炉料在高温区停留时间,时间越长(推速慢),WC聚集再结晶会长大;
4)装舟量:粗颗粒的装舟量较多。
微博
微信

硬质合金注射成形混合装置

硬质合金粉末混炼包括:
1、按设计的合金成分称取粉末;
2、使粉末各组分充分混合;
3、将混合料粉末与粘结剂拌和;
 
用于硬质合金混合料的粉末混合器(如合批采用的双锥混合器)通常不能用于注射成形的混炼。应为注射成形用的粘结剂需要较大的剪切力来变薄,并充分分散到粉末颗粒之间。适合的混料器应该具有较大的剪切力、高的剪切速率,同时在混料机内的各个部位应同等地收到剪切。注射成形常用的混料装置有:双行星混料器,双偏心混料器,Z形叶片混料器,单螺杆挤出机,双螺杆挤出机等。通常用在1-1000Pa.S粘度的混合料中,实际上常常使用双行星混料器、Z形叶片混料器。在亚微或超细粉末混合时,为了得到均匀的混合料,通常在混合后再进行挤压。混料时间应根据物料的粘度等具体情况来定。
双行星搅拌器图片
混炼温度太低, 喂料粘度过大, 将导致喂料和混料器之间的磨损而带入异物, 喂料中夹入过多气体, 带入注射生坯中产生孔隙;混炼温度过高则会恶化粘结剂性能和导致粉末同粘结剂分离;混炼机转速太快而产生的高剪切力将导致磨损引入杂质, 转速太低则不能产生足够的剪切力粉碎合金粉末团粒、不能使粘结剂的粘度适当降低。上述条件若控制不当, 都不能达到混炼均匀的效果, 从而在以后的工序中引发新的缺陷。
 
微博
微信

医用钨合金屏蔽件

医用钨合金屏蔽件材料分为两类。一类为高比重钨合金材料,其主要由90%以上的钨粉与其他金属粉末如镍,铁,铜粉混合而成,另一类是由柔韧的耐热屏蔽沉浸在有机硅或树脂聚合物的钨铁金属粉末制成的材料。它具有高密度,高辐射屏蔽,及环保的特性,是制造医用辐射屏蔽件的首选。

医用钨合金屏蔽件作为钨合金屏蔽件产品的专业应用,可作为医疗直线加速器,医疗多页光栅,X线治疗机等医疗器械的屏蔽材料常应用于放射治疗。放射治疗所用X辐射能量范围为1-25MV。钨合金放射性治疗屏蔽件可缩小粒子束或光波,使粒子射线沿着特定的方向,即只允许与治疗屏蔽件平行的射线通过,或使空间截面梁体变得更窄从而限制射线量。

                                                               钨合金屏蔽件

此外,医用钨合金还用于以下屏蔽:
注射器屏蔽件
钨合金注射器屏蔽件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。钨合金注射器屏蔽件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。
钨合金屏蔽罐
钨合金屏蔽罐也是钨合金屏蔽件的一类产品,用于医疗中盛放放射性药物的容器。钨合金屏蔽罐主要用于屏蔽医疗用放射性针剂、药品、和X,伽马射线等放射一起的放射源材料。
医疗造影
医用钨合金屏蔽件可作为CT断层扫描仪的屏蔽件。CT扫描仪可产生X光,这是一种强大的电磁能。这种较高的能量水平可以使X光直接穿过人体大多数的软组织。穿透人体的射线将被,钨辐射屏蔽件吸收,得到的数据传输到计算机利用光影原理进行成像。
放射性示踪
医用钨合金屏蔽件可作为提取屏蔽注射器及PET屏蔽注射器的屏蔽件。提取屏蔽注射器上有一个2mm厚的钨合金部件。注射器提取放射性药剂时,该部件可以保护手臂免遭辐射。当药剂注射到人体内时,钨合金部件可以拆卸掉。而且拆卸十分简单。屏蔽件上有一旋钮,可将屏蔽件与注射器牢牢地固定住。
 

微博
微信

高比重钨合金应用

高比重钨合金具有一系列优异的工程性能,得到了广泛的实际应用,消耗量逐年增加。高比重钨合金主要有如下应用:
一、在宇航、导弹及航空工业中的应用
1.    陀螺仪部件
陀螺仪是卫星、飞机、各种导弹和宇宙飞船的导航和控制系统的心脏,陀螺仪的稳定性与其回转质量成比例的。陀螺仪转子在工作过程中以20000转/分以上的转速旋转,因此要求材料具有足够的强度以承受离心力作用,而高比重钨合金正是这一理想材料。
2.    在导弹中的应用
除用于陀螺转子外,还用于导弹中导向装装置。
在航空工业中的应用
高比重钨合金的一个重要用途是用于飞机及直升飞机的升降控制和舵的平衡装置,飞机付翼和方向舵的控制装置以及飞机的减震装置。在直升飞机上用作转子叶片静、动平衡重及减震装置。
二、在常规武器中的应用
1.穿甲弹弹芯
国外在设计研制脱壳穿甲弹方面,为增大弹芯动能,提高穿甲能力,应用高比重钨合金是一项已见成效的技术措施,国外对此甚为重视,于七十年代初开始研制,并在较短的时间内转入使用。目前,除美国采用了高比重钨合金弹芯材料外,西欧许多国家也相应采用。
2.小口径子弹头
美国通用电气公司研究了一种97W-2.1Ni-0.9Fe合金,弹头重80克,仅用3580英尺/秒的极限速度可击穿60 ̊夹角1英寸厚的军用钢板。
三、在机械制造及仪表工业中的应用
1.压铸模
压力铸造是一种少切屑、无切屑的精密铸造工艺,能直接制造复杂形状的部件。工艺单、成品率高、无孔洞、节约原材料,尤其在黑色金属压铸中,期模具工作条件非常苛刻,它必须承受高温、高压及金属液流的冲刷,能抗腐蚀、抗氧化和抗热冲击。高比重钨合金由于具有良好的导热性和抗蚀性,是较好的压铸模材料,与铜模相比,提高使用寿命数位至数十倍。
2.手表重锤
自动手表中的重锤是利用手臂的轻微动作,并在重锤惯性的作用下,驱动发条而达到自动上弦的目的。重锤的比重越大,惯性能愈大,走时愈长。因此,要求重锤材料有足够的比重、无磁性,并有一定的强度和良好的耐蚀性,能机加工成精密另件。目前,瑞士的一些名牌自动表均采用了这类合金,其成分多为W-NiCu合金,使用时在重锤零件表面镀金或镀镍,提高抗蚀性并增加美观。我国也应用了高比重钨合金作为自动手表重锤材料。
3.    其他
高比重钨合金被用来制造刀夹,特别是镗杆。
森林月供用链锯小型发动机的高曲轴用高比重钨合金作为配重材料。
电火花加工及电化学机床的电极也是用高比重钨金制造

                 高比重钨合金

四、屏蔽材料
1.医疗器械
由于高比重钨合金的密度高,有极好的吸收射线能力,是优良的屏蔽材料。如准直仪、翼形防护组件和消半影块等均采用了高比重钨合金。医用电子直线加带器的屏蔽部件也采用高比重钨合金。
2.石油探井仪
用于双源距密度测定仪的屏蔽部件,该仪器用来测量地表层下几千米处油层的含油量,将原来铅制屏蔽部件改为高比重钨合金后,仪器体积小,准确度高,使用寿命长,已广泛应用。
3.热电发生器
是一种利用放射性同位素的聚变能发电设备,可采用高比重钨合金作容器,已广泛用于气象站、灯光浮标、音响无结电信标、海洋学研究等。
五,在电气工业中的应用
1.    电铆机用铆头材料
采用高比重钨合金作铆头材料,其寿命比原来用其他材质制成的铆头高数十倍至百倍。还可作点焊机中的焊嘴材料。
2.    触点材料
在某些大电流和高压电的开关中,采用高比重钨合金作触点材料,能抗电腐蚀,抗氧化,在超高压技术中将有广泛应用。
六、其他方面
在美国采用高比重钨合金作高性能比赛汽车曲轴的精密平衡。国际飞镖赛事中,职业选手使用的钨钢飞镖也是由高比重钨合金加工成钨合金飞镖杆制成。高尔夫球拍和网球拍镶上高比重钨合金块,可增加球拍的动量,减少球拍振动,还可用在标枪上,使其飞行平衡,着点准确。

微博
微信

 

硬质合金的注射成形粘结剂

硬质合金的注射成形一般是采用热塑性粘结剂体系,有机粘结剂由热塑性聚合物(如聚乙烯,聚丙烯、聚苯乙烯等)与石蜡、树脂和表面活性剂等组成。表面活性剂主要用于改善粉末与热塑性聚合物的润湿性。理想的状况应该是微观层面上每个粉末都会附有粘结剂薄层,以便注射时颗粒之间阻力小,能互相粘结,坯块具有良好的密度和粘结强度。
理想的硬质合金注射粘结应具有以下特性:
1、粘度低,随温度变化小;
2、冷却后具有一定强度;
3、低分子量,可填充粉末间隙;
4、不与硬质合金粉末发生反应;
5、分解产物无毒,无腐蚀性;
6、灰分少,便于硬质合金的碳含量控制;
7、与硬质合金混合料粉末润湿性好。
 
单组分粘结剂存在粉末填充不均、熔化温度窄,脱脂困难等问题。一般将石蜡与其他聚合物、润滑剂等混合形成多组分粘结剂。不同组份混合组成的粘结剂体系由于分子量、熔化温度、分解温度等不同,在脱脂时,一种组份优先排出,使注射坯的内应力减小,形成粘结剂排出通道。为改善粉末润湿、模具润湿、混合料粘度、残余应力等脱脂行为,常在硬质合金混合料中添加润滑剂、防黏剂等。
硬质合金粘结剂成分图片
 
微博
微信

钨合金镀金块用途

钨合金镀金块指的是在钨合金块表面镀金(多数情况之下为镀24K黄金)使其具有形同黄金金块一般金黄亮丽的外观的一种收藏、纪念品。钨合金镀金金块具有很强的耐腐蚀、耐磨损特性,因而可长期保存而不损坏。

钨合金镀金块

钨合金镀金块由于其形式黄金金块的外观和相似的手感而被称为“黄金替代品”,钨合金被越来越多地用于替代金或银制品,如:项链、戒指、耳环、手链等,因可以长久保持亮泽的特性,当被用来做首饰时,经常有指示情人间的爱情永存。钨合金镀金产品密度与黄金相近,且独有的高密度、耐腐蚀、耐磨损特性,钨镀金产品十分耐用,且价格适宜,因此作为一种性价比极高的产品越来越受到人们的欢迎。虽然钨合金镀金产品价格较黄金更为低廉。但它在保值价值上无论如何也不能代替黄金。它通常用途都是作为一种工艺品、收藏品、纪念品或者礼品,来作为人们情感的承载和传递。例如一支获得冠军的球队,就可以使用钨合金镀金块来作为纪念品;也可在钨合金镀金块上刻上您公司的名称和标志,作为年度会议的奖品,赠送优给秀员工等。也正是因其价值低于黄金,因而也可替代真金摆放在黄金商铺的柜台陈列面,大大降低偷盗、抢劫、损坏等问题造成的巨大经济损失。

微博
微信

 

粉末注射成形粘结剂要求

有机粘结剂的作用是粘结金属粉末颗粒,使混合料在注射机料筒中加热后具有流变性和润滑性,还要具有一定的塑形能力,即粘结剂是带动粉末流动和维持粉末形状的载体。因此,粘结剂的选择是整个粉末注射成型的关键。对有机粘结剂的要求为:
1、用量少,用较少的粘结剂能使混合料产生较好的流变性;
2、不反应,在去除粘结剂的过程中与金属粉末不起任何化学反应;
3、易去除,在制品内不残留碳。
4、粘度较低,但不能过低,过低容易导致两相分离。常加入表面活性剂,阻止在混料和注射过程中发生两相分离。
5、脱脂过程易于排除,且不易形成脱脂缺陷。
挤压成形粘结剂图片
在PIM中,粘结剂增强流动是其本质的功能,它使PIM具有了本身独有的优点与特点: 
(1)粘结剂的加入增强了粉末的流动性,使得粉末在注射压力下能充填复杂形状的模腔;
(2)粉末的流动性增强后,在充填模控过 程中,其压力梯度减小,密度分布就会更均匀,这对最终产品的组织均匀性有利;
(3)坯块的结构及密度均匀,使以后的脱脂和烧结过程中收缩也均匀,这样不但有利于保持坯块的复杂几何形状,也有利于尺寸公差的控制,这是制备形状复杂、少切削零件的关键;
(4)组织均匀为PIM产品具有较高性能提供了良好基础。此外增强粉末流动性,还能降低注射压力,减少磨损,延长模具及其他设备的使用寿命等。
 
维持形状是粘结剂另一项重要功能,它使PIM工艺得以顺利进行:
(1)坯块从模腔中脱出后,粘结剂使之具有一定强度,保持一定形状,便于转移搬运操作等;
(2)良好的保形性可以避免成形时的一些缺陷,如裂纹、掉角等,这对于提高产品成品率尤为重要;
(3)在脱脂时使坯块不致变形,既不使粘结剂中低熔点组元因过早软化而导致坯块塌陷,也不因气体排出过多、过快而使坯块裂开。粘结剂肩负着这两项重要的功能,也就决定了它在PIM中举足轻重的地位。
 
微博
微信

 

注射成形粘结剂种类

注射成形粘结剂都为有机粘结剂,是PIM技术的灵魂,其加入与脱除是PIM的关键技术。一部PIM发展史也就是粘结剂的设计、加入和脱除技术的革新史。
在PIM中,粘结剂具有两个最基本的功能:增强流动与维持形状.同时它还应具有易于脱除、无污染、无毒性、成本合理等特点。
 
通常采用的粘结剂主要有三种:石蜡基、油基和热塑性聚合物)、凝胶体系、热固性体系和水溶性体系。
 
热塑性体系:热塑性体系是以具有热塑性的有机化合物为主的粘结剂。在注射过程中,喂料被加热塑化,注射到冷模中后又凝固成具有一定强度的生坯。常见的有如聚乙烯,聚丙烯、聚苯乙烯等。热塑性体系是MIM粘结剂的主流与先导。热塑性粘结剂由于使用较多聚合物,成形坯强度高,但较多的聚合物会导致脱脂慢、装载量低。
 
热固性体系
热固性体系采用热固性有机化合物作为粘结剂的主要组分。喂料注入热模中发生缩合反应而固化。一般认为热固性树脂不适合于MIM,主要因为其缩合副产物通常是气体,常导致零件中出现气孔,而且热固性树脂粘度低且对温度敏感,使粉末的混合困难。
热固性粘结剂图片
水溶性体系:是从“固态聚合物溶液”(SPS)体系中发展起来的,用水溶性聚乙二醇(PEG)作主要成分,加部分PMMA或苯氧树脂作粘结剂。
 

粉末注射成形粘结剂要求

有机粘结剂的作用是粘结金属粉末颗粒,使混合料在注射机料筒中加热后具有流变性和润滑性,还要具有一定的塑形能力,即粘结剂是带动粉末流动和维持粉末形状的载体。因此,粘结剂的选择是整个粉末注射成型的关键。对有机粘结剂的要求为:
1、用量少,用较少的粘结剂能使混合料产生较好的流变性;
2、不反应,在去除粘结剂的过程中与金属粉末不起任何化学反应;
3、易去除,在制品内不残留碳。
4、粘度较低,但不能过低,过低容易导致两相分离。常加入表面活性剂,阻止在混料和注射过程中发生两相分离。
5、脱脂过程易于排除,且不易形成脱脂缺陷。
挤压成形粘结剂图片
在PIM中,粘结剂增强流动是其本质的功能,它使PIM具有了本身独有的优点与特点: 
(1)粘结剂的加入增强了粉末的流动性,使得粉末在注射压力下能充填复杂形状的模腔;
(2)粉末的流动性增强后,在充填模控过 程中,其压力梯度减小,密度分布就会更均匀,这对最终产品的组织均匀性有利;
(3)坯块的结构及密度均匀,使以后的脱脂和烧结过程中收缩也均匀,这样不但有利于保持坯块的复杂几何形状,也有利于尺寸公差的控制,这是制备形状复杂、少切削零件的关键;
(4)组织均匀为PIM产品具有较高性能提供了良好基础。此外增强粉末流动性,还能降低注射压力,减少磨损,延长模具及其他设备的使用寿命等。
 
维持形状是粘结剂另一项重要功能,它使PIM工艺得以顺利进行:
(1)坯块从模腔中脱出后,粘结剂使之具有一定强度,保持一定形状,便于转移搬运操作等;
(2)良好的保形性可以避免成形时的一些缺陷,如裂纹、掉角等,这对于提高产品成品率尤为重要;
(3)在脱脂时使坯块不致变形,既不使粘结剂中低熔点组元因过早软化而导致坯块塌陷,也不因气体排出过多、过快而使坯块裂开。粘结剂肩负着这两项重要的功能,也就决定了它在PIM中举足轻重的地位。
 
微博
微信

 

粉末注射成型工艺流程

粉末注射成型技术是塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科渗透与交叉的产物,利用模具可注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件,能够快速、准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品,并可直接批量生产出零件,是制造技术行业一次新的变革。
 
首先将固体金属或陶瓷粉末与有机粘结剂均匀混练后得到喂料,经制粒后在加热塑化状态下(约150℃)用注塑成形机把喂料注入模腔内固化成形得到注射成形坯,然后用化学或热分解的方法将注射坯中的粘结剂脱除,最后经真空炉或气氛炉将产品烧结致密化,对部分需要后处理的产品再进行后工序处理,得到最终形状和性能的产品。 
 
PIM的工艺流程为:金属或陶瓷粉末+粘结剂→混炼→注射成型→脱脂→烧结→后处理。
注射成形工艺流程图片
混料:混料(混炼)把粉末与有机粘结剂均匀掺混在一起,使各种原料成为注射成型用混合料。硬质合金合金生产中,此步骤还包括制粒过程。
 
注射成型:在注射成型过程中,混合料在注射机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料,并在适当的注射压力下注入模具中,成型出毛坯。
 
脱脂:也称萃取过程,主要是指将有机粘结剂从坯体中去除。
 
烧结: 烧结能使多孔的脱脂毛坯收缩密化成为具有一定组织和性能的制品。尽管制品的性能与烧结前的许多工艺因素有关,但在许多情况下,烧结工艺对最终制品的金相组织和性能有着很大甚至决定性的影响。
 
微博
微信

 

 

微信公众号

 

钨钼视频

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。

 

钨钼音频

龙年首周钨价开门红。

金属钨制品

金属钨制品图片

高比重钨合金

高比重钨合金图片

硬质合金

硬质合金图片

钨粉/碳化钨粉

钨粉图片

钨铜合金

钨铜合金图片

钨化学品/氧化钨

氧化钨图片