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  • [标题]:钨钢
  • [产品编号]:
  • [所属分类]:钨钢
  • [更新时间]:2014-06-14 10:38
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  •     一、钨钢简介

        钨钢,有两种解释,一是以钨(W)作为合金元素的钢,典型代表产品有高速钨钢;二是一种以碳化钨(WC)基烧结而成的硬质合金,其学术名称实际为硬质合金(emented carbide)。典型代表产品有钨钢切脚机刀片,钨钢V-CUT刀片。要说明钨钢的由来,就先得从钨冶金的发展史说起……
     
        钨是瑞典化学家舍勒(C.Scheele)在1781年发现的,到20世纪初期,由于其一系列应用的开发,在1900年的巴黎世界博览会首次展出以钨作为合金元素的高速钢以及采用钨丝制作的灯泡;然后于1927-1928年研制碳化钨基烧结硬质合金等。钨钢,这个名词便由此得来。


     
        钨钢这个名词的叫法也是带有地域习惯性的,我国的沿海地区习惯把硬质合金叫作钨钢,如:福建、浙江、广东、广西、海南;在东南区地区也习惯将硬质合金叫作钨钢,如:菲律宾、马来西亚、印度、新加坡、越南等。

        二、钨冶金技术

        早期的钨冶金主要为苏打压煮法,然后发展为NaOH溶合法、苏打烧结法、盐酸分解法、NaOH-Na3PO4分解法、NaF分解法。

        纯钨制取技术有:

        1、镁盐净化-传统化学法净化转型工艺。

        2、粗Na2WO4溶液的强碱性阴离子交换法并转型工艺。此项工艺以其流程短、低成本、产品质量记的特点已取代上述第1项工艺。

        3、季盐萃取法净化转型工艺。

        4、选择性沉淀法因其有着从钨酸溶液中除钼、砷、锡、锑等高效净化除杂技术的研发成功已得到广泛应用,该技术可大幅提高钨制品的纯度和钨冶金过程对原料的适应能力。



        三、金属钨粉的制取

        在20世纪70年代,先进的蓝钨氢还原法取代了黄钨氢还原法;到20世纪末,紫钨氢还原法发进一步取代了蓝钨氢还原法,使产出钨粉的物理控制(如形貌、粒度及粒度分布等)达到了更为先进的水平,进一步全面地提高了钨粉的质量。

        与此同时,多种处理钨冶金二次资源(主要是废旧硬质合金)技术的研发成功,使钨二次资源的利用不论是技术水平上还是回收利用率上都得到大幅度提高。
     

        1、钨化合物的性质

        1.1、金属钨的性质

        1.2、钨的物理性质

        1.2.1、钨属于元素周期表第6周期VIB族。钨粉末的外观为暗灰色,其主要物理性质见下表(钨氧化物的物理性质),,应当指出的是钨的熔点、沸点是所有金属中最高的,分别为3683±20K和5973±20K,密度在金属中仅次于Re、Pt、Os(它们在常温下密度分别为20.53、21.37和22.5g.cm-3),蒸汽压在所有金属中是最低的,这些就是使钨成为重要战略元素的主要原因之一。



        钨氧化物的物理性质
    钨氧化物 密度 外观 熔点(或高温下稳定性能) 沸点/0C 电阻率/(Ω.cm-1 晶体结构
    WO3(ɑ-WO3) 实测密度:7.21~7.30
    X射线密度:7.27
    室温下:黄色;<-500C:白色 1473 1837>700就显著升华 0.14~0.18 >7400C:正方,ɑ=0.5272nm,c=0.3920nm(9500C);
    330~7400C:斜方,ɑ=0.7340nm,b=0.7546nm,c=0.7728nm;
    17~3300C:γ-WO单斜,ɑ=0.73020.7306nm,b=0.7530~0.7541nm,c=0.7690~0.7692nm,β=90.830~90.880
    -50~170C:β-WO3三斜,ɑ=0.730nm,b=0.752nm,c=0.769nm,ɑ=88.850, β=90.920, γ=90.950(100C);
    -143~-500C: ɑ-WO3单斜, ɑ=0.5275nm,b=0.5155nm,c=0.7672nm, β=91.70,
     
     
    WO2.9(β-氧化物W20O58 实测密度:7.15~7.16 蓝色到深蓝色,针状结晶 高温下不稳定,发生岐化反应   5×10-3 单斜:ɑ=1.205nm,b=0.3767nm,c=0.359nm, β=94.720,
     
    WO2.72(γ-氧化物W18O49 实测密度:7.724~7.989
    X射线密度:7.78
    紫色或紫红色,针状结晶 高温下不稳定,发生岐化反应   (2~3)×10-4 单斜:ɑ=1.828nm,b=0.3775nm,c=1.398nm, β=115.140,
     
    WO2 实测密度:10.82~11.05
    X射线密度:10.82
    褐色 15300C低于熔点就岐化为W+WO32.72   2.9×10-3
    单斜:ɑ=0.5550nm,b=0.4890.496nm,c=0.5571~0.573nm, β=1189.3~122.10,
     
     
     
     

       1.2.2、钨的机械性质
    室温下钨的主要机械性质参见下表‘隙性杂质对钨塑性脆性转变温度的影响’,应当指出间隙性杂质碳、氮、氧、氢在钨中的溶解度很小,往往呈相应的化合物在晶界析出,故严重影响其物理性能和机械性能,间隙性杂质含量对钨的塑性脆性转变温度的影响见下表:

        间隙性杂质含量对钨的塑性脆性转变温度的影响
    制取方法 杂质含量/(ug.g-1 转变温度/0C
    C O N H
    真空垂熔 400 230 20 30 500
    电弧真空熔炼 300 40 10 2 200
    一次区域熔炼 240 10 10 10 100
    二次区域熔炼 200 10 10 10 20
    脱碳后区域熔炼 10 10 10 10 -196
     


        12.3、钨的化学性质
    致密钨化学性质稳定,在干空气和不同温度下保湿1小时,则氧化膜厚度如下表(致密钨在干空气中的氧化情况)中、湿空气中不氧化。
    致密钨在干空气中的氧化情况

     
    温度/0C 23 100 200 400 500
    氧化膜厚度/nm 1 1 1.6 >10 >10
     
        1.3、钨化合物的性质


        1.3.1、钨的主要价态为+2、+4、+6,高价钨的氧化物为弱酸性。钨包括有:

        钨的氧化物[1,3],钨氧化物的化学性质,其中对钨冶金过程而言较重要的是:WO3为酸性氧化物,因而它能溶于NaOH溶液、KOH溶液或Na2CO3溶液生成相应的钨酸盐。例如 :WO3+2NaOH=Na2WO4(aq)+H2O 在高温和氧化气氛下各种低价氧化钨都能被氧化,最终生成WO3

        钨的各级氧化物均能被氢或CO、C还原成下一级氧化钨,直至变成金属钨。各级钨的氧化物(包括工业蓝色氧化钨)均能与碳或Co作用转化为WC,例如Stefan Luidold以工业蓝色氧化钨为原料,H2+Co为还原剂在流态化床内于900-10500C温度下,制备了WC,其粒度小于1.0um.。



       1.3.2、钨酸[1]

       1.3.3、钨酸盐[1,6~8]

        1.3.4、钨青铜。

        1.3.5、钨的卤化物。

        1.3.6、钨的碳化物。

        1.3.7、钨的硫化物。

         四、钨及其化合物的用途
     
        由于钨及其合金和化合物具有一系列优异的物理化学性能,因而广泛以钨钢、合金钢、热强合金、钨基合金、钨材以及化工材料等形态用于地质矿山、机械加工、电子工业、宇航工业、国防工业、化工等领域,成为重要的战略元素。


     

        五、钨冶金的工艺简介
        钨冶金传统的原则流程如下图(传统的钨冶金原则流程图),它大体上分为钨精矿分解、纯钨化合物制备及钨粉生产三阶段。

        钨冶金的现代工艺如下图(由钨矿物原料生产钨粉的现代工艺流程)所示。
     

        六、钨矿物原料的分解及二次资源回收包括了以下几个方面

        1、氢氧化钠分解法及氢氧化钠-磷酸盐分解法。

        2、苏打压煮法。

        3、白钨矿的其他湿法分解方法。

        4、钨矿物原料的火法分解及直接制取碳化钨。

        5、钨二次资源的回收。

        5.1、锌熔法。

        5.2、冷流法。

        5.3、选择性酸溶法。

        5.4、高温处理-细磨法。

        5.5、电溶法。

        5.6、空气(或氧气)氧化法。

        5.7、硝石氧化法。


     

        六、纯钨化合物的制取包括有以下几方面

        1、传统化学法包括有以下4种工艺。

        1.1、化学法沉淀法除磷、砷、硅、氟。
       
        1.2、沉淀合成白钨。

        1.3、合成白钨的酸分解。
     
        1.4、从钨酸钠溶液直接酸沉制取钨酸。
     
        2、离子交换法包括有以下3种工艺

        2.1、变参数离子交换法。

        2.2、强碱性阴离子交换法净化Na2WO4溶液并转型。

        2.3、离子交换法转型。


     

        七、有机溶萃取法。

        1、季酸盐萃取法(碱性萃取法)净化Na2WO4溶液并转型工艺。

        2、叔胺萃取法将钨酸溶液转型工艺。
     
        3、
    吸附法包括以下2种工艺

        3.1、高价金属水合氧化物吸附法。

        3.2、活性碳吸附法。
     
        4、钨钼分离,基于亲硫性质差异的钨、钼分离工艺。

        5、仲钨酸胺的制取,主要是由钨酸胺溶液制取仲钨酸胺的工艺。

        6、偏钨酸胺的制取工艺。

         八、金属钨粉的制取方法

        金属钨粉是生产硬质合金、纯钨、钨合金等钨制品的主要原料,其中70%以上的钨粉用于硬质合金生产。目前制取金属钨粉的方法主要有以下4种:
     

        1、钨氧化物氢还原法

        即利用H2为还原剂将钨氧化物还原为钨粉的方法。以WO3氢还原为例,其总反应为:

        WO3+3H2=W+3H2O

        当前作为氢还原原料的钨氧化物主要有黄色氧化钨(WO3),蓝色氧化钨(主要为WO2.9)和紫色氧化钨(WO2.72)等。氧化钨氢还原法是目前生产金属钨粉的主要方法。
     

        2、钨卤化物氢还原法
     
        即利用H2为还原剂将钨的卤化物(氯化钨、氟化钨)还原为金属钨粉的方法。例台以对WCI6氢还原而言,其总反应为:

        WCI6+3H2=W+6HCI

        钨卤化物的还原过程为所相反应,主要用于化学气相沉积制取超细钨粉或钨涂层。钨卤化物氢还原法当前只用于小规模生产。
     

        3、钨氧化物碳还原法

        将钨氧化物与碳的混合物加热至一定温度时,钨氧化物被还原为钨粉。以WO3碳还原为例,其总反应为:

        WO3+3C=W+3CO

        WO3+3CO=W+3CO2

        有时在炉中通往少量的氢气,对碳还原过程起促进作用。由于此法所制得的钨粉中碳含量偏高,不宜用于钨制品。目前,碳还原法制取钨粉工艺采用较少,但在直接生产碳化钨、特别是超细碳化钨粉和碳化钨复合粉时得到越来越多的使用。


     

        4、其他方法

        制取金属钨的方法还有熔盐电解法、Zn还原法、等离子还原法等。
     

        九、致密及高纯钨的制备

        由氢还原产出的钨粉70%左右被直接用于生产硬质合金,30%左右用以加工成钨板、钨丝、钨异型制品等钨制品。为满足不同钨制品生产的要求,首先必须将钨粉致密化成为钨坯并进一步除去部分杂质以提高纯度,在致密化的同时,变可能得到某些形状简单的钨制品如钨坩埚、钨顶头等。
     
        为达到上述目的,主要方法有:
     
        1、粉末冶金法:指钨粉经过成形后,加热到其熔点下的某个温度,通过物质迁移完成致密化的过程,最终可得到钨坯或某些形状简单的钨制品。
     
        2、熔炼法:指将钨原料加热到其熔点以上形成液相,去除杂质后再冷却凝固实现致密化的过程,根据所采用的手段不同,具体方法有真空自耗电弧熔炼法、电子束熔炼法和等离子束熔炼法等。
     
        3、化学气相沉积:指以钨化合物气体(一般为WF6)为钨源,在一定温度下被H2还原,将生成的钨沉积在特定的基底上,沉积完成后去除基底材料获得致密钨坯(或者制品)的过程。
     
        由于熔炼法是在比粉末冶金法更高的温度、在真空条件下进行,有利于杂质的挥发,因此钨锭坯能得到进一步净化,杂质含量低于粉末冶金坯,比如O、N、C含量可分别降至(3~5)×10-4%、(6~10)×10-4%和(6~7)×10-4%,而其他金属杂质如Al、Ca、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Na、Ti、Ta、Nb、Mo、Re的含量可降至1×10-4%以下。但熔炼钨锭的晶粒粗大,晶界存在脆性组分,直径大于100mm的钨锭坯容易生成裂纹,且成本高,因此当前熔炼法在致密钨的工业化生产中应用较少,只是在特殊需要时才用。
     
        相对而言粉末冶金法的优点在于产品具有细晶粒结构,工序较少,成本相对较低,且在高温烧结过程中同样有净化提纯作用,因此粉末冶金法制坯已成为当今工业规模的钨坯制作的主要方法,且随着工艺的不断改进,克服了传统粉末冶金法难以生产大件制品的不足,实现了大坯的生产,如Plansee公司生产的世界最大钨坯单重可达1.2t,因而得到了越来越广泛的采用。


     
        致密及高纯钨的制备方法有:
     
         1、粉末冶金。

         2、真空熔炼。

         2.1、电子束熔炼。

         2.2、真空自耗电极电弧熔炼。

         2.3、等离子束熔炼。


     
         十、
    化学制备特种钨制品及钨合金前驱体
     
        随着科学技术的进步,用户对钨制品、钨钢制品的要求越来越高,有的要求为异形体件,如直径仅为毫米级的钨管、涂层、微电子工业的电子元件等,这些都不是以钨粉为原料通过常规的物理冶金的方法和机械加工所能达到的,而采用化学冶金的方法,如化学气相沉积等往往能顺利地实现。
     
        同样,钨合金及复合材料,由于其具有密度高、强度高、良好的塑性、良好的耐腐蚀性和抗高温性以及良好的加工性能等一系列优异性能,已在国民经济建设各部门广泛应用,而随着技术的发展,对上述性能的要求日益苛刻,尽管目前通过在加工工艺上的改进,如粉末改性、改进成型技术、精确控制烧结过程、烧结后处理等能部分达到用户的要求,但仍有许多不足,而采用湿化学法先制备合格的前驱体,再以它为原料制备性能优异的复合材料,能取得人们意想不到的效果,因此用化学法制备特种异型钨制品及钨复合材料的前驱体,进而制备性能优异的复合材料成为化学冶金的重要领域。
     
        用化学法制备特种钨制品及前驱体按其工作条件可分为:
     

        1、高温化学法
     
        即为了由原料制得合格产品,其主要的过程是在高温下进行的化学过程,如通过钨卤化物气相氢还原制备超细钨粉和钨涂层等,此外高温下的电化学过程(熔盐电解)也列入高温化学法。
     

        2、湿化学法
     
        主要是通过水溶液制备成分均匀、结构等符合要求的钨复合材料前驱体,为制备性能优异的复合材料提供原料,其中包括喷雾干燥法、冷冻干燥法、溶胶凝胶法,此外,还有直接化学合成原子级混合的钨复合材料前驱体。


        十一、常用钨钢产品

        常用的钨钢产品大致分类如下:

        1、钨钢刀片和钨钢刀具:典型代表产品有切脚刀片、切脚机刀片、钨钢切脚机刀片、V-CUT刀、V-CUT刀片、铝基板V-CUT刀片、光纤切割刀、钨钢分切刀片等。

        2、钨钢模具:典型代表产品有钨钢冷镦模具、钨钢成型冲裁模具、钨钢热挤压模具、钨钢拉丝模具等。

        3、钨钢材料:典型代表产品有钨钢圆棒钨钢长条钨钢板材钨钢非标件定制、钨钢圆片等。

        4、钨钢耐磨材料:典型代表产品有钨钢钻头、钨钢牙轮钻头、钨钢潜孔钻头等



        十二、典型常用钨钢物理性能技术参数 

        1、钨钢刀片用钨钢材料硬度:89.0~93.8HRA,具体视客户的应用情况(切削加工用途)而定。

        2、钨钢刀片材料抗弯强度:矩形刀片2800~4000Mpa;圆刀3200~4000Mpa,具体视客户的应用情况(切削加工用途)而定。

        3、钨钢刀片材料晶粒度:0.4~1.2um。

        4、粉末压制模用钨钢硬度:85.0~92.0HRA,具体视客户的应用情况(切削加工用途)而定。

        5、粉末压制模用钨钢抗弯强度:2800~4000Mpa,具体视客户的应用情况(适用范围)而定。

        6、粉末压制模用钨钢弹性模量:460~500Gpa,具体视客户的应用情况(适用范围)而定。

        7、粉末压制模用钨钢热胀系数:4.9~6.8-6/0C,具体视客户的应用情况(适用范围)而定。

        8、粉末压制模用钨钢晶粒度:0.6~1.8um,具体视客户的应用情况(适用范围)而定。


        9、粉末压制模用钨钢钴含量Co(%):6.5~20.0,具体视客户的应用情况(适用范围)而定。

        株洲三鑫钨钢一直专注于优质钨钢材料钨钢圆棒钨钢长条钨钢板材钨钢非标件定制的钨钢产品的研发和生产,集60年军工合金技术不断优化钨钢生产工艺的每一个细节只为向您提供高品质的优质厂家直销极具性价比优势的系列钨钢刀片优质钨钢刀片V-CUT刀片深圳V-CUTV-CUT铝基板V-CUT刀片光纤切割刀超薄钨钢刀片方形钨钢刀片开槽机钨钢刀片整体硬质合金钨钢V-CUT钨钢切脚机刀片三鑫SZ60钨钢切脚刀片SZ80.5钨钢切脚机刀片三鑫SZ70钨钢切脚机刀片SZ100硬质合金切脚机刀片切脚机刀片优质切脚机刀片PCB板切脚机刀片双晶合金切脚机刀片电源板切脚机刀片切脚刀片三菱切脚机刀片进口切脚机刀片钨钢模具耐磨钨钢材料耐高温钨钢,批零皆营,量大价优,部分行业专用刀具长期备有现货,客户下单后即可发货,欢迎新老客户采购系列三鑫钨钢产品,同时,株洲三鑫钨钢集60年军工合金技术专门提供订做各类优质 钨钢非标件钨钢非标件定制订做钨钢非标刀片的服务,欢迎新老客户来图来样定制,如您有这方面的需求请马上联系三鑫
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