纳米结构钨铜复合材料发展与应用

相比于常规结晶材料,纳米结构钨铜复合材料具有不同的特异性能,如更高的致密度、更高的强度、更好的气密性以及更为优良的导电导热性能,因而受到了国内外相关材料研究人员的广泛关注。经过不同工艺制得的钨铜纳米复合粉体,粉末粒度极大地细化,分散度大大提高,这都将有效地改善W-Cu系统的烧结特性,从而有利于钨铜复合材料获得接近完全的致密度。

目前纳米结构钨铜复合材料的研究重点主要在制备工艺和烧结特性两个方面。制备工艺上,国内外研究较多是机械合金化法(Mechanical Alloying)、机械-热化学法(Mechanical Thermo-chemical Process)、喷雾干燥法(Spray Drying Method)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)等工艺。有研究表明钨铜氧化物共还原粉在高度弥散状态下,仅依靠毛细管作用就能引起颗粒重排,从而实现完全致密化。采用喷雾干燥燃烧结合后续还原处理制备的纳米结构钨铜复合粉体,在铜含量在20%-40%时,通过1250℃保温1h的烧结可以获得致密度98%以上;采用机械-热化学法与液相烧结结合的方法在没有烧结活化剂情况下,制得了平均颗粒尺寸1μm的钨颗粒;采用机械合金化法,在较低温度下(1100℃)液相烧结可有效强化粉体的烧结性能,这是由于钨铜假合金中同种颗粒W-W之间的相互作用以及不同颗粒间W-Cu的相互作用。其次,从烧结特性上看,由于纳米粉末的晶粒较为细小(一般粒径不大于100nm),比表面积较大,表面活性较强,粉末之间的接触面积也较大,烧结驱动力大,因而所需烧结温度较低且致密化速度快。

钨铜配件

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真空电镀用钨加热子的特点

钨加热子真空电镀是一种物理沉积现象。即在真空状态下注入氩气,氩气撞击靶材,靶材分离成分子被导电的货品吸附形成一层均匀光滑的表面层。主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型。它们都是采用在真空条件下,通过蒸馏或溅射等方式在塑件表面沉积各种金属和非金属薄膜,通过这样的方式可以得到非常薄的表面镀层,同时具有速度快附着力好的突出优点,但是价格也较高,可以进行操作的金属类型较少,一般用来作较高档产品的功能性镀层,例如作为内部屏蔽层使用。常见的塑胶产品电镀工艺有两种:水电镀和真空离子镀。真空离子镀,又称真空镀膜。真空电镀的做法现在是一种比较流行的做法,做出来的产品金属感强,亮度高.而相对其他的镀膜法来说,成本较低,对环境的污染小,现在为各行业广泛采用。

该方法用钨加热子有以下特点:
1、真空镀膜所获得的金属膜层很薄(一般为0.01~0.1μm),能够严格复制出啤件表面的形状。
2、工作电压比较低(200V),操作方便,但是设备的价格比较高。
3、锅瓶容积小,电镀件出数少,生产效率较低。
4、只限于比钨丝熔点低的金属(如铝、银、铜、金等)镀饰。
5、对镀件表面质量要求较高,通常电镀前需打底油来弥补工件表面缺陷。
6、真空镀膜可以镀多种塑料如:ABS、PE、PP、PVC、PA、PC、PMMA等。

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全固态WO3电致变色锂化薄膜

电致变色材料目前主要在防眩目后视镜、节能窗、电致变色眼镜、军用伪装设备、电致变色显示等领域使用,应用前景广阔。研究指明,全固态电致变色薄膜器件在智能窗(如汽车工业、建筑和太阳能利用等)上有广泛的潜在应用价值,因而,近年来电致变色现象又引起许多研究机构的重视。

WO3电致变色薄膜
 
全固态电致变色薄膜器件按照其中传输阳离子类型可以分为H+型和Li+型两大类,其中Li+型器件具有不依赖周围环境、记忆效应和稳定性好等优势,成为全固态器件研究和开发的重点。文章通过提出一种新的电致变色薄膜锂化方法——电子束加热蒸发金属Li,对不同锂化程度的氧化钨薄膜的化学、电化学和物理性质进行研究,发现在基板温度60~100°C、氧分压2.0*10-2Pa、沉积速率1~1.5nm/s的制备条件下,WO3薄膜呈非晶态,具有最佳的电致变色性能。
 
锂化三氧化钨电致变色薄膜的反应是可逆的,即在褪色电压作用下,锂化薄膜中的锂能以离子和电子的形式双抽取。锂化薄膜中形成的化学成分与锂化程度有关。当锂化程度较小时,随着锂的注入,薄膜中有钨青铜形成,WO3薄膜从无色变为蓝色;随着锂注入量越大,变色效果越明显,且反应的可逆性良好。另外,这种采用电子束加热蒸发金属Li干法锂化三氧化钨薄膜不会引入不必要的杂质,锂化程度易受控制;且其所得到的电致变色薄膜具有良好的可逆性和光学调节性能。
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多元复合稀土钨电极的成本优势

钍钨电极

多元复合稀土钨电极不仅可以适应不同电流焊接范围和不同焊接材料,且其具有良好的焊接性能。复合电极的稀土添加量和单元钨电极相似,虽然稀土和钍的价格差异较大,但是由于添加量很少,所以复合稀土电极和钍钨电极材料成本相差不大。另外,在制备复合电极的过程中,采用新工艺,从而大大提高和电极的成品率。且在制备的过程中采用了新设备,简化了设备流程,提高了工作效率,降低了劳动强度,从而制备过程中的能源、设备和劳动力等生产成本大大降低。同时,在制备的过程中直接采用APT为原料,混合稀土硝酸盐,省去了APT煅烧的工序,大大降低了生产成本。虽然后续加工过程中初始温度有所提高,但其消耗量相对APT煅烧所消耗的能源小。综合以上因素,复合电极的生产成本略低于铈钨电极、钍钨电极等单元钨电极。

钍钨电极具有优良的焊接性能,虽然钍钨电极可以被铈钨和镧钨电极取代,但只是小部分,钍钨电极的消耗仍是最大的。在性能方面复合电极优于钍钨电极,且钍钨电极具有放射性污染,因此其在生产和运输过程中要增加放射性防护费,因而复合电极的成本优势更加明显。复合稀土钨电极不仅具有价格优势,且性能优良,在市场销售中如果与铈钨、钍钨价格相识则具有光明的前景,如果高于铈钨、钍钨电极,则用户出于使用性能的考虑也会欣然接受。

多元复合稀土电极无放射性污染,是一种绿色环保电极。其性能和价格优于钍钨电极,是一种替代钍钨电极的新型电极材料。

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YG8硬质合金钎头常见问题及措施

YG8硬质合金钎头发生工作失效的主要形式有硬质合金片的破碎和脱落。这是由于在焊接后钎头中容易存在一定的残余应力、缺焊以及焊接强度低等问题。焊接强度是检验焊接质量好坏的最直接标准,其影响因素主要是焊缝间隙。在焊接过程中,若焊缝间隙过小,硬质合金片与钢体在有些地方会产生紧密接触,从而使得钎料溶化后不能铺展到整个焊接表面,使接头强度降低;间隙若过大,则焊后基体对焊缝的支撑作用减弱,大间隙中焊料呈柱状铸造组织,晶粒相对粗大、组织疏松、强度和韧性都相对下降,直接导致接头的强度降低。

而残余应力产生的原因主要包括热膨胀系数差异、温度分布不均等因素。因为硬质合金与钢体间的热膨胀系数差异相差很大(WC-Co线膨胀系数为5-7×10-9,钢体的线膨胀系数为12.6×10-9),焊接冷却后收缩量存在巨大的差异将产生巨大的内应力,这也是导致硬质合金和焊缝开裂的最主要原因。另外,钎焊过程中伴随着热胀冷缩的现象,使材料内部产生热应力,随着温差的增大,热应力也不断增大,硬质合金片很容易发生开裂。以下是一些常用的降低应力的措施:
1.控制加热和冷却速率,避免产生过大的温差,尤其是焊后的冷却速率;
2.采取必要措施以防止局部过热或过冷的现象;
3.均匀加热,尽量缩短焊料液化过程,避免低熔点相的挥发,产生薄弱组织和孔隙并同时减轻钎焊面氧化的现象;
4.适当增大焊缝间隙以减小附加在硬质合金片上的应力。

硬质合金钎头

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YG8硬质合金钎头

YG8硬质合金钎头是一种被广泛应用于矿山开采、建筑施工以及交通运输设施等领域的凿岩钎具。其是由硬度高、耐磨性好的硬质合金与钢体焊接而成的,在使用过程中,硬质合金钎头需经受复杂的冲击力以及扭转力。按照钎头的形状,YG8硬质合金钎头还可分为一字型、十字型、X型以及球齿型。一字型的钎头适用于轻型内燃、电动、气动和液压凿岩机钻凿较软的岩层,便于修磨;十字型与X型的钎头适用于具有较大冲击功凿岩机,钻凿裂缝性岩层和磨蚀性强的岩层,如石灰石、花岗岩和大理石;球齿型钎头通常与硬质合金球齿配合使用,在具有较大冲击功凿岩机中,相比于片状镶块钎头适用性更强、凿岩效率更高、使用寿命更长,凿孔质量更好。此外,球齿型硬质合金钎头还可根据齿形分为煤截齿、平头齿、弹头齿等等。

而硬质合金片的破碎和脱落是钎头失效的主要形式,其焊接的质量直接影响着钎具的使用寿命。钎头钎焊采用高频感应钎焊,优点是加热迅速,钎料液化过程短,能够有效减轻硬质合金烧损和氧化过程,有利于提高焊接质量。在钎焊材料中添加适量的Mn元素,能够在不降低塑性的基础上,显著提高钎头的强度、弹性、润湿性能以及防腐性能。此外,在钎焊工艺中的一些参数,如钎缝间隙、加热速度、冷却速度、感应圈设计、钎料钎剂的加入方式以及焊件表面粗糙度等因素都必须控制在一定的合适范围内,否则都会对焊接质量产生一定的不良影响,加大了硬质合金钎头内部的残余应力。

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纳米三氧化钨电致变色薄膜

纳米WO3和电致变色薄膜三氧化钨是一种η型宽禁带半导体氧化物(禁带宽度约2.4~2.8eV),在低温、室温时W03以单斜相和三斜相形式存在;而在高温时会出现正交相和四方相。其理想晶体结构可看作由6个O原子围绕中心W原子而组成钨-氧八面体[WO6],它们经过共顶点连接而成,八面体之间存在着许多空隙,而形成各种通道,这些通道作为离子的流通渠道和嵌入位置,是H+、Li+等离子的良好注入体。因此三氧化钨凭借其响应速度快、着色效率高、着色/消色对比度高等优异性能,作为最经典的无机变色材料,广泛用于电致变色器件、光致变色器件和智能显示等领域。
 
文章介绍一种纳米WO3电致变色薄膜的制备方法,其制备如下:
1. 在反应容器中加入配制好的溶液,将钨源靶材置于溶液中,并保证溶液浸过靶材表面,采用磁力搅拌器均匀搅拌溶液,其中钨源靶材为纯度大于99.9%高纯金属钨靶或三氧化钨陶瓷靶材;
2. 调节激光器的脉冲激光光束的光路,使激光光束聚焦在溶剂液面以下的靶材,选取适当的激光波长、频率及能量,开启脉冲激光,在液体环境中对钨源靶材进行烧蚀1~2小时; 
3. 脉冲激光烧蚀反应结束后,关闭脉冲激光,获得含三氧化钨纳米颗粒的胶体溶液,并在室温陈化1~4小时,使激光烧蚀产物与溶液进一步反应;
4. 调整陈化后溶液的pH值,并放入透明导电玻璃作为电极,对陈化后的激光产物在酸性条件下进行电泳沉积5~60分钟,从而制备出纳米三氧化钨薄膜。
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锅炉节能减排新规,WO3脱硝催化剂助达标排放

《中华人民共和国大气污染防治法》于2016年1月1日起最新修订,其中关于《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271—2014)部分规定:自2016年7月1日起,要求所有燃煤锅炉执行新的排放标准的法律法规,国家要求全面整治燃煤小锅炉,加快重点行业脱硫脱硝、除尘改造工程建设。而后,各地也不断推进环境基础设施建设,以环保为主淘汰落后产能,促进经济发展转型和结构的调整。

SCR脱硝催化剂和锅炉尾气脱硝
 
锅炉节能,是可以提高锅炉的热效率到70%-80%,并节煤10%-15%的一项技术;它通过锅炉信息化节能控制系统对锅炉设备中的引风机、鼓风机、炉排、水泵等部分进行自动化控制,从而实现强化燃烧、充分燃烧甚至完全燃烧。锅炉尾气中含有大量的二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫,甚至是未完全燃烧产物一氧化碳、一氧化氮等有毒有害气体。科学证明,二氧化碳不会直接引起空气污染,但是过量将影响大气环境,造成温室效应。
 
工业燃煤锅炉尾气中的二氧化氮的去除通常采用WO3脱硝催化剂,SCR是常用的脱硝系统。WO3由于在脱硝催化剂中主要起到抗硫化、抗毒化(碱金属中毒等)等作用;同时,它能够提升二氧化钛载体的温度适应性,避免瞬时高温造成载体烧结,因而起到抗载体烧结的作用。煤炭的大量使用是造成空气污染的重要原因,专家指出,锅炉节能减排绿色发展能够有效推动我国空气质量改善,为此,WO3将此方面发挥有效影响力,使得尾气排放符合国家标准。
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WO3脱硝催化剂国货市场崛起

SCR脱硝催化剂最早于20世纪70年代,日本触媒化成株式会社开始研发蜂窝式脱硝催化剂,80年代末实现工业化,然后向国外转让。随着大气污染加剧,NOx脱除净化开始得到重视,许多国家开始研发和应用脱硝催化剂,尤其是美、日等发达国家。目前,我国的脱硝催化剂市场20多家生产厂家中,80%的国内市场被美、日等国外技术所占据,我国采用自主研发技术生产的催化剂只占20%的市场份额。
 
目前常使用的脱硝催化剂是金属氧化物类催化剂,广泛应用的SCR催化剂大多是以二氧化钛为载体,以五氧化二钒或五氧化二钒/ WO3、五氧化二钒/三氧化钼为活性成分。通常催化剂载体主要作用是提供具有大的比表面积的做孔结构,在SCR反应中所具有的活性极小,几乎不参与到反应中来。由于过分的依赖国外技术和产品,国内脱硝成本较高;加之有些国外公司不仅收取一次性技术转让费外,而且提取催化剂销售额的10%费用,更是加剧了成本的上升。
 
自从2006年我国开始从国外大公司引进脱硝催化剂制造技术,在国内制造脱硝催化剂开始,采用国外技术生产三氧化钨脱硝催化剂占据着我国大部分的市场。当然,中国人的学习能力是很强了,在吸收了众多的技术之后,国内有些企业开启了自主研发WO3脱硝催化剂的模式。2009年,国内就有一家环保科技公司投资1000多万元,自主研发脱硝催化剂生产技术,并于2011年9月正式投产实现工业化。另外,不久前中国石油公布消息,由石油化工研究院自主研发的催化裂化(FCC)烟气SCR脱硝催化剂PDN-102,成功试运行,这标志着中石油拥有了完全自主知识产权的成套FCC烟气脱硝技术。
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氧化钨PH电极制备及其在F-和胶体溶液中的应用

氧化钨PH传感器的V-PH关系酸度是水溶液的重要物理化学参数, 常用的玻璃pH 电极存在阻抗高、易破损, 不能用于含 F -溶下会产生“钠误差”, 使用前需活化、难以微型化等缺陷. 而金属氧化物pH电极具有良好的机械性能和耐腐蚀性, pH 响应范围宽、不易污染, 可用于高温高压溶液酸度的测试, 因此金属氧化物电极的研究引起了人们广泛的兴趣. 氧化钨pH电极的制备方法有电化学循环伏安法、化学氧化法和离子溅射沉积法 , 这些制备方法相对复杂, 不容易控制化学成分的组成, 或者存在使用有毒致癌的铬酸盐等问题. 溶胶-凝胶(Sol-gel)技术制备功能性薄膜引起越来越多的关注。

溶胶-凝胶法制备了氧化钨PH电极, 在阳极氧化后的Ag丝表面涂敷掺杂了KCl的改性聚乙烯醇和Nafion膜, 制备了固态Ag /AgCl参比电极, 再由氧化钨pH电极与固态Ag /AgC l参比电极制备成氧化钨pH传感器, 该传感器不需要参比溶液与陶瓷隔膜.测试结果表明:在pH 值为2~11的范围内, 该传感器有良好的电位(V)-pH响应线性关系, 响应灵敏度为526mV(以pH值变化为1来量度), 测量精度可达0. 1个pH值;氧化钨pH 电极具有耐HF腐蚀的能力, 在5%~20%(质量分数)的HF溶液中的响应电位具有重现性, 可用于HF溶液的浓度测量;氧化钨pH传感器还可以应用于胶体的测量, 其响应时间小于1min.

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