钨铜合金电极生产中常见问题

由于钨铜合金电极的生产属于粉末冶金(Powder Metallurgy, PM),过程较为复杂其工艺参数繁多,所以就不可避免地会产生许多问题和缺陷,如裂纹、孔隙以及气孔等。通过采取适当的措施来解决这些问题,才能提高烧结试样的致密度。

1. 裂纹

这是最为常见的一种问题,由于压制时加压速度过快,粉料中的气体来不及排出,卸压后产生弹性后效膨胀而导致裂纹的产生。除此之外,烧结时试样外表面的铜会蒸发,导致试样外面的粘结相-铜的损失,因此也容易产生裂纹。常见的解决方法是通过在加压的过程中逐渐增大压力,并且保证有足够的保压时间,来促使粉末间的气体顺利排出。而对于表面铜的损失现象,目前一般在应用中会采用机械加工的方法除去表层部分。

2.气孔

除了粉末间的气体在模具中不容易排出外,钨铜复合材料中的气孔来源于高温下溶解于铜的一些气体,在凝固时不能有效排除而造成的。常见的有水蒸气和氢气。水蒸气在高温下与石墨电极中的碳反应,生成氢气和二氧化碳气体,使得铜在高温下溶解了大量的氢气,凝固时不能完全排除,而形成气孔。常见的解决方法是在烧结时应避免一切水蒸气的隐患,另外是在加压过程中依然要逐渐增大压力,并且应保证有足够的保压时间,使粉末间的气体顺利排出。

3.孔隙缺陷

它的产生主要集中于凝固过程,并且易出现在烧结试样的中心部位,这主要是由于凝固时中心部位温度较高,周围部位因温度相对较低而先凝固但却吸走了中的部分铜而形成的。在实际的应用中,这种缺陷在钨铜电极组织中分布极少,也很难以消除。

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APT 的生产(2)

溶剂萃取法也是一种先进的钨冶炼方法,是国外60年代就已经发展起来的工艺,而我国则起步于70年代,80年代形成生产能力。萃取工艺有金属回收率高、除杂效果好、产品纯度高、质量易于保障、对精矿适应性强等优点。但此工艺一次性投资较多,且技术上有一定难度。目前我国用萃取法生产APT的主要厂家有株洲硬质合金厂、自贡硬质合金厂、广州红心化工厂等。
 
国外APT主要生产国为美、俄、韩、德、瑞典等国家。美国是西方第一生产大国,其生产能力1. 8万t/ a。90年代以来,受到中国廉价APT的冲击及国际钨市场价格暴跌的影响,美国APT生产开工率很低。1996 年俄罗斯和西方发达市场经济国家APT生产量分别为4 000 t 和4 350 t ,1997年略有增加。
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钨铜合金电极致密化过程所存在的问题(三)

此外,采用成分补偿法可对成分偏析进行修正,但是稳定性难以得到保证。目前的研究表明通过改善粉末活性状态,如选择超细粉末和高贮能状态粉末,可以在较低温的条件下获得快速致密化过程,可使铜稳定溢出且量大大减少,尺寸精度也得到明显的提高。若能在固相状态下进行烧结,对成分控制是最为有利的,这是由于液相烧结,尤其是对于高体积分数的液相烧结来说,变形及尺寸控制就变得相当困难。一般情况下,生坯密度分布均匀性有利于变形控制,高生坯密度的烧结收缩和变形减小。

3.尺寸分布

有关液相烧结尺寸控制关系的研究表明:液相烧结坯的宏观变形与微观结构某些可测量参数有内在的联系,如溶解度、接触角、晶粒尺寸、配位数以及固体的体积分数。其中,钨铜W-Cu系统具有低互溶性和高二面角。有相关学者经过计算表明,期三维晶粒邻接度大于3时可避免坍塌,且抵抗变形的临界固体体积分数为0.2。显而易见的是对于结构复杂的零部件来说,仅仅要求不发生变形是不够的,其还需要对尺寸精度范围有一定的要求。与成分控制相似,在较低温度条件下获得高致密化速度和程度,尺寸控制精度可明显提高,而在固相烧结状态下对尺寸的控制是相对有利的。

更多钨铜合金电极致密化过程所存在的问题,请参考以下链接:

http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80928-ti-10428 
http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80960-ti-10432

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APT 的生产(1)

80年代中期以来,由于国际钨市场贸易结构的变化,钨原料贸易由钨精矿转为以APT为主的钨酸盐贸易,刺激我国APT生产发展很快。据统计,1985年我国APT生产厂家仅有17家,产能1. 5万t ,产量0. 6万t。1987年发展到54家,其中有色行业15家,冶金行业19家,化工行业7家,其他行业及地方企业13家,产能2. 9万t。年生产能力1 000 t 以上有8家,产量2万t 左右。改革开放以来,在发展社会主义市场经济中,APT生产以它的特殊的资源优势、产业优势和市场优势备受青睐。大家争着上,挤着上,兴起了一股“APT热”,用“雨后春笋”、“遍地开花”来形容其近10年的发展势头一点也不为过。到目前为止,全国生产APT的钨冶炼加工厂170多家,以APT为主的钨酸盐生产能力高达6. 5万t ,APT产量3. 5万多t。其中年生产能力1 000 t 以上的有20多家,大部分是100~500 t 的小厂。一些矿山的冶炼厂生产能力也迅速扩大。
 
我国APT生产不但产能、产量迅猛增长, 而且生产工艺技术也取得了长足的进展。过去生产APT以传统的沉淀法为主,现在已彻底改变了只有经典工艺或以经典工艺为主的局面, 较普遍地应用新发展起来的离子交换法和溶剂萃取法。离子交换法是我国80 年代发展起来的新的钨冶炼技术。该法的优点是工艺流程短, 设备简单, 占地面积小, 劳动条件好, 稳定, 投资少。目前我国用离子交换法生产APT的最大厂家是厦门钨业股份有限公司, 该公司前身厦门钨品厂, 1982 年建成一条年产300 t APT的生产线。十几年来, 企业获得了迅速发展, 现在APT综合产能1 万t/ a , 成为世界上规模最大的钨冶炼加工企业。该企业强化管理, 注
重产品质量, 减少能源及原材料消耗, 金属回收率达96 %以上, 各项经济技术指标居世界领先水平, 在激烈的市场竞争中取得了优势, 我国出口的APT商品中该公司占了40 %。
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钨铜合金电极致密化过程所存在的问题(二)

在常规熔渗、烧结条件下钨和铜两种金属之间是互不相溶且浸润性很低,这也就使得两种粉末致密化过程受到了一定的阻碍,使得其难以达到较高的致密化程度和所期望的组织结构。而仅仅靠提高压力和烧结温度,虽然在一定程度上能够提高产品最终密度,但是在工艺条件和综合性能保证方面带来了不少的问题,总的来说有以下几个方面:

2.成分分布

钨铜系在熔渗烧结时,成分控制精确度不高,尽管采用精确渗铜计算,实际的成分偏差依然很大。而在高温液相烧结过程中,液相铜的下坠和溢出会在一定程度上 引起成分偏移,同时也给复杂形状部件的表面加工带来了较大的困难。通常来说,液相烧结的收缩率高达15%-20%,变形及尺寸精度控制的难度远远大于固相烧结。这对直接制造复杂形状部件,尤其是采用粉末注射成型技术(Powder Injection Molding, PIM)带来了一定的困难。因此,在实际致密化的同时,应确保成分及尺寸得到有效的控制,以便于直接利用PM和PIM技术制造复杂形状的部件。

钨铜合金电极

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