鎢的知識

高比重鎢合金概況

發佈於：2014年8月11日

點擊數：572

高比重鎢合金(TungstenHeavy Alloy，簡稱WHA)產品通常由WNiFe或WNiCu或WNiCuFe通過粉末冶金工藝生產製造而成。根據不同的產品用途和工作環境要求，高比重鎢合金產品鎢含量通常分佈為79%W~97%W，密度範圍為15.00g/cm~18.50g/cm。同時可以添加一些稀有金屬元素（Co,Mo,Cr等）以提高產品部分性能，比如：硬度(Hardness)，極限抗拉強度(Ultimate Tensile Strength)，屈服強度(Yield Strength)，延伸率(Elongation)等。

高比重鎢合金是一類以鎢為基體（W含量85-99%），並添加有Ni、Cu、Co、Mo、Cr等元素組成的合金。

按合金組成特性及用途分為W-Ni-Fe、W-Ni-Cu、W-Co、W-WC-Cu、W-Ag等主要係列，其密度高達16 .5-19.0g/cm3，而被世人稱為高比重合金。

它還具有一系列優異的特性，比重大：一般比重為16.5-18.75g/cm3,，強度高：抗拉強度為700-1000Mpa，吸收射線能力強：其能力比鉛高30-40%，導熱係數大：為模具鋼的5倍；熱膨脹係數小：只有鐵或鋼的1/2-1/3，良好的可導電性能；具有良好的可焊性和加工性。鑑於高比重合金有上述優異的功能，它被廣泛地運用在航天、航空、軍事、石油鑽井，電器儀表、醫學等工業。

生產工藝流程 1.混料：將鎢粉、鎳粉、鐵粉（如產品有無磁性要求，則可加入銅粉代替鐵粉均勻混合

混料→真空乾燥→壓製成型→預燒脫脂→加工成型→真空燒結→品質檢測→毛坯產品→後續加工（浸油、機加工、熱處理、電鍍、軋製、鍛造等）→精磨產品→產品出庫

鎢合金漁墜系列：子彈型、水滴型、圓管型、半水滴型、圓柱有孔型。

鎢珠、鎢球系列：φ1.5mm -φ10mm 精度±0.01mm，用於魚墜配重、子母彈、醫療儀器配重、獵槍彈丸；φ0.1mm-φ10mm 精度±0.1mm，用於石油鑽井平衡、獵槍彈丸。

高密度鎢基合金配重系列：機械用的平衡錘；飛錘；石油鑽井配重桿；飛鏢桿；高爾夫球配重塊；賽車配重塊；手機、遊戲機振子；航空航天的陀螺儀；鐘錶擺錘；平衡配重球；防震刀桿。

醫用鎢合金射線屏蔽材料系列： 1、鎢合金光柵葉片； 2、鎢合金防護罐——用於醫療上的放射性屏蔽壁；屏蔽針管——用於醫療放射性藥液屏蔽；鎢合金存儲器——用於儲存放射性物質的罐、箱等容器。 3、准直器--用於醫療直線加速器和核技術應用中鎢合金系列檢測集裝箱系統的准直器；Co60 其他輻射的屏蔽。

電器材料系列：電火花加工的電極和電阻焊的電極；高比重電觸點、空氣斷路器中的觸點。

軍用系列：穿甲彈；子母彈、球、棒、方粒、圓柱，其他鎢合金電鐓塊，核技術應用中鎢合金。

中國是世界產鎢大國，但由於世界各國對資源保護的意識越來越強烈，尤其從2012年6月開始中國加強了對鎢原料出口的控制，導致鎢原料出口許可證的申請出現十分困難的局面，使得全球鎢原料供應瀕臨枯竭的困境。這也就使得鎢這種不可再生的資源性產品，如：鎢粉、三氧化鎢、偏鎢酸銨等鎢的中間產品在世界範圍的資源共享受到極大的限制。

而高比重鎢合金產品是通過人為的腦力勞動並有添加一定的技術含量的產品，相對於資源性產品來說，是被鼓勵出口以促進各國貿易的。因此，高比重鎢合金產品憑藉其良好的可加工性及可塑性已在眾多鎢產品有很大的優勢。

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退火溫度對軋製態鎢合金組織及性能的影響

分類：鎢的知識

發佈於：2014年8月11日

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高密度鎢合金具有高密度、較好的強度與韌性配合而成為軍事工業和民用工業重要的材料之一,尤其是作為動能穿甲彈、平衡配重元件、慣性元件、射線屏蔽用材料等得到了廣泛的應用。 WNiFe合金由於其具有良好的射線屏蔽作用,在醫療行業得到廣泛應用,但由於目前生產手段多采用等靜壓壓制和模壓壓制,然後採用線切割方式加工成薄板,給生產帶來很多麻煩和對原料的浪費。鎢合金變形方面的研究有鎢合金的鍛造、靜液擠壓和軋製等,但軋製變形態鎢合金的硬度大、脆性高,給後期加工帶來很多不便。筆者以軋製態的95WNiFe合金為研究對象,分析了不同退火溫度對合金的顯微組構及力學性能的影響。

1 實驗方法

實驗選用的原料是還原鎢粉、電解鎳粉和羰基鐵粉。三種粉末按95W3.5Ni1.5Fe(質量分數)的比例在三維混料機中混合均勻。混料後摻入粘結劑,採用模壓壓製成形,壓坯經過脫蠟後採用液相燒結得到了燒坯尺寸為130mm×105mm×3.86mm,材料相對密度達到99%以上,採用JM250可逆冷軋機對燒結坯料進行單向軋製,經過多道次,最終材料變形量達到89.9%,觀察燒結態和變形態材料的顯微組織,對變形態的95WNiFe合金分別採用800℃、1000℃、1200 ℃和1450℃四種不同溫度退火,退火時間為1h,並對不同退火溫度的合金樣進行了性能測試,並觀察了顯微組織形貌,分析了退火溫度對變形態合金的力學性能及顯微組織的影響。

2 實驗結果及分析

2.1 顯微組織分析

燒結態鎢基高密度合金是由鎢顆粒硬質相和Ni-Fe粘結相組成,鎢顆粒成近似球形均勻分佈在粘結相中,如圖1;對軋製變形量為89.9%的板材沿著縱剖面即軋製的主要變形方向取樣觀察顯微組織形貌,如圖2。變形態與燒結態相比,經過變形後鎢顆粒明顯被拉長,而且隨著變形量的增大鎢顆粒的長短軸比呈逐漸增大趨勢,粘結相也隨著變形量的增大逐漸被拉長。

圖 1:燒結態顯微組織形貌

圖 2:變形態顯微組織形貌

鎢合金經變形強化後,為了取得更優異的綜合性能及提高機加工性能,一般會對合金進行真空退火處理,為了找到最合適的退火溫度,分別在800℃、1000℃、1200℃和1450℃ ,保溫時間為1h,對軋製態95WNiFe鎢合金進行退火,圖3~圖6分別是不同溫度退火態合金的顯微組織形貌,經800℃(圖3)和1000℃(圖4)退火處理後,合金的顯微組織沒有發生改變,仍然保持軋製態的顯微組織形貌,鎢顆粒和粘結相仍然為長條狀組織;當1200℃退火處理後,鎢顆粒出現少量聚集現象,粘結相也隨著鎢顆粒的變化發生聚集,1200℃退火對軋製態鎢合金顯微組織有少量影響,改變了合金的軋製態結構。當再提高溫度到1450℃時,鎢顆粒發生再結晶現象,呈球形,粘結相圍繞在鎢顆粒周圍,與燒結態合金的顯微組織形貌區別不大,常規鎢合金在1430℃時出現液相,當退火溫度超過液相溫度時,合金的鎢顆粒和粘結相再次恢復到燒結態的狀態。

圖 3:800℃退火態顯微組織形貌

圖 4:1000℃退火態顯微組織形貌

圖 5:1200℃退火態顯微組織形貌

圖 6:1450℃退火態顯微組織形貌

2.2 力學性能分析

對燒結態、軋製態和不同退火溫度的軋製樣沿著軋製方向分別取樣測試抗拉強度和伸長率,表1顯示,燒結態合金的抗拉強度最低,為850MPa;軋製態抗拉強度最高,達到1215MPa,分別經800℃和1000℃退火後,合金的抗拉強度和伸長率與軋製態基本一致,抗拉強度分別為1215MPa、1210MPa,伸長率均為3%,這點與顯微組織形貌一致。當退火溫度達到1200℃時,合金的抗拉強度開始降低,達到1050MPa,而合金的伸長率開始升高,達到8%,當溫度繼續升高到1450℃時,已經超過燒結態合金的液相點,合金的抗拉強度急劇下降,表現出與燒結態基本一致的水平,為900MPa,而伸長率由軋製態的3%升高到14%,回歸到燒結態的水平。因此,為了得到綜合性能最佳的鎢合金,對軋製態合金可在800~1100℃範圍內選擇退火溫度,但超過1200℃軋製態合金將會出現再結晶現象,使合金軟化,強度降低,但對伸長率的提高有利。

高比重鎢合金的製備工藝

分類：鎢的知識

發佈於：2014年8月11日

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傳統的鎢基高密度合金是將各元素粉末機械混合，經模壓成形和液相燒結而成。由於元素粉末的機械混合難以將各元素粉末混合均勻，易造成成分的不均勻性，對合金的性能影響較大；另外傳統的模壓只能滿足簡單形狀零部件的生產要求，對於小截面、大長徑比的棒材、管材及形狀複雜的異形件就體現出其局限性；再者，由於液相燒結溫度高，易於造成燒結坯的坍塌和變形，難以滿足零件的尺寸精度的要求。針對這些不足，國內外學者在超細粉末製備、成形工藝、燒結方式l和燒結後處理等方面開展了大量的工作。

1. 粉末製備工藝

要製備高性能合金首先要獲得性能優越的粉末。製備鎢基高密度合金粉末的方法有多種，包括：噴霧乾燥法、機械合金化、冷凝一干燥法、溶膠一凝膠法、氣相沉積法、反應噴射法、真空等離子體噴射沉積法和機械一熱化學合成法等，目前研究較多的是前四種。

噴霧乾燥法亦即熱化學合成法，包括原始溶液製備與混合、噴霧乾燥和流化床轉換三個階段。它是將原始混合溶液經氣體壓力霧化，生成細液滴並伴隨溶劑快速蒸發和溶質快速沉積，從而可從成分複雜的原始溶液中結晶出化學成分均勻即無相分離的前驅體粉末。採用該方法製備W-Ni-Fe納米複合粉末，一般以鎢酸鹽和金屬氯化物、硝酸鹽等金屬鹽為原料。與傳統製備鎢粉或鑽粉的方法相比，採用該方法可以不經過中間一系列的還原階段，反應的時間較短，特別適用於製備納米複合材料。同時，用這種方法可以在很寬的範圍內控制所得到的粉末粒度，通過控制反應過程參數，對粉末的粒度可以在納米尺寸到微米尺寸之間進行調控。

機械合金化法是將W與Ni、Fe、Cu等元素粉末在高能球磨機中進行球磨。在此過程中採用氫氣保護，以防止粉末氧化。在機械合金化過程中，利用金屬球對粉末體的碰撞而使粉末晶塊細化，並且反復混合，局部溫度升高，產生冷焊和撕裂，各元素粉末混合達到非常均勻的程度，形成納米晶的超飽和固溶體和非晶相。此方法工藝設備簡單，易於大批量生產，具有廣闊前景。

冷凝一干燥法是以金屬鹽為原料，在生成含多種金屬鹽的混合溶液的基礎上，用沉澱法製備出氫氧化物的溶液。含水物料在結冰時可使固相顆粒保持在水中的均勻狀態，冰昇華時，固相顆粒不會過分靠近而避免團聚的發生。

溶膠一凝膠法是將易於水解的金屬化合物(無機鹽或金屬醇鹽)在某種溶劑中與水或其他物質發生反應，經水解與縮聚過程逐漸凝膠化，再經乾燥、鍛燒和還原等處理得到所需的材料。用這種方法製備納米粉末微觀結構單一，化學成分控制精確，操作較為簡單，成本也較低廉，但難以批量生產。

2. 成形工藝

鎢基高密度合金的成形工藝除常用普通模壓成形和等靜壓成形外，近二十年來發展出粉末擠壓成形、粉末注射成形和粉末軋製成形等成形工藝。擠壓成形和注射成形在製造形狀複雜、尺寸小、長徑比大的零件方面，顯示出了很大的優勢，而粉末軋製成形在製備形狀簡單的薄材和箔材方面有其它方法無可比擬的優勢。

擠壓成形是將原料粉末與某種成分的粘結劑混合後，注入擠壓成形機中，採用一定的壓力使粉末料經過某種形狀的擠壓嘴後得到擠壓坯，再將其脫脂，燒結成一定形狀的零部件。粉末擠壓成形所需設備簡單，生產效率高;製品尺寸精確，表面光潔；適用於小截面、大長徑比的棒料及製品而不受長度的限制。

在製造形狀複雜、尺寸小的鎢基高密度合金的零件時，注射成形顯示出其獨特的優越性，此法生產的零件可接近最終的幾何形狀，粉末注射成形技術的開發，減少了輔助工序，節約了原材料，降低了生產成本。

在製備形狀單一的薄材、箔材方面，粉末軋製顯示出高效率。該方法可以粉軋出厚度約0.5~2.5mm左右的生坯，生坯尺寸可自由控制，適合做厚度在2.5mm以下的薄材和箔材。

3. 燒結工藝

傳統的鎢基高密度合金燒結工藝為液相燒結。由於鎢基高密度合金在採用液相燒結時，其燒結溫度高、晶粒極易發生長大，且在燒結過程中固/液密度差別大，在重力作用下產生貓性流動，發生鎢晶粒聚集，試樣容易發生嚴重的坍塌變形。對性能、組織的均勻性要求高、尺寸精度要求嚴或外形結構複雜的零件，液相燒結的應用受到較大的限制。 German等人對燒結時間及燒結氣氛對鎢合金的顯微結構和力學性能的影響作了詳細的研究。為進一步降低燒結溫度和近淨形成型的需要，對鎢基高密度合金燒結工藝的研究主要包括超細晶鎢基合金的燒結，如固相燒結法、二步燒結工藝等。高密度合金在固相燒結階段發生了大部分的緻密化，形成了堅固的W骨架，可以避免液相燒結過程中的液相流動和鎢顆粒下沉，能減小或消除液相燒結過程中試樣的變形，其工藝具有實際價值。採用二步燒結工藝既可克服液相燒結過程中的坍塌與變形，又可較好地滿足高密度合金的密度和性能要求，是一種比較理想的燒結方法。為了獲得超細晶粒的鎢基高密度合金，人們對超細鎢合金的燒結工藝進行了初步的研究。研究表明：常規的燒結方法都無法控制塊體材料的晶粒長大現象。因此，有必要尋找出一種適合於製備超細晶粒的鎢基高密度合金的燒結工藝。等離子體活化燒結是新近發展起來的一種非傳統的緻密化工藝。該工藝分為兩個階段：首先將粉末壓成壓坯後施加脈衝電流使粉末帶電，得到具有很大燒結驅動力的高活性表面以促進其後的緻密化，即所謂早期的活化階段，此階段在等離子體環境下進行。然後將粉末在真空狀態下，採用加壓和絕緣加熱以使其緻密。 Tracy等研究了採用這種工藝製備超細鎢基高密度合金的燒結機理，結果表明:採用納米粉末可以使燒結溫度降低200℃以上。晶粒尺寸為280nm的鎢粉經燒結緻密後可以得l微米以下的晶粒。

4. 燒結後熱處理

鎢基高密度合金是典型的由基體相和粘接相形成的兩相組織合金，要使鎢合金獲得高的強度和韌性，首先就必須使鎢合金具有一個理想的微觀組織，而熱處理是調整鎢合金組織的重要手段。通過合適的熱處理工藝，可以達到改善相界面的結合強度，降低鎢顆粒的接觸度，改善粘結相與鎢晶粒的潤濕性，避免相界面的雜質元素偏析和金屬間化合物沉積的目的。對熱處理工藝目前研究較多的有真空熱處理、氫氣氣氛熱處理、循環熱處理、固溶淬火熱處理、形變熱處理和化學熱處理等。

5. 形變強化的研究

近二十年來，科技工作者對鎢合金的強化進行了大量的研究，將傳統的粉末冶金液相燒結工藝和現代壓力加工及熱處理工藝相結合，在合金的強化和韌化技術上取得了突破性成果。現在常用的形變強化手段一般採用靜液擠壓、軋製或旋鍛方法。這些方法可將鎢鎳鐵高密度合金的拉伸強度從燒結態的700一1000MPa提高到1700MPa左右。

鎢合金魚夾具的製作工藝（二）

分類：鎢的知識

發佈於：2014年8月11日

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然後，切斷2英尺長的線，纏繞在魚夾具頭，其中在鹿尾毛假蠅巴上繞幾圈，並用快乾的粘合劑包裹起來。

接著迅速取一些真絲，在粘合劑外環繞幾圈。在加入粘合劑，在用一層真絲，用線環繞幾圈。

一直持續這樣做，知道真絲圍繞魚鉤的那個機身比較厚，除了鉤尖和倒鉤，其它的都覆蓋住。

當你在魚夾具頭部纏滿足夠的真絲，用剩下的線盡可能緊地纏繞夾具，然後打結。

最後，纏上覆蓋一層厚厚粘合劑的線。

鎢合金魚夾具

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鹽酸分解白鎢礦制取鎢酸

分類：鎢的知識

發佈於：2014年8月08日

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鎢酸是一種黃色粉末，英文名：Tungstic acid、Wolframic acid，溶解性質：微溶于熱水，溶於堿、氫氟酸和氨水，幾乎不溶於酸，主要用於制金屬鎢、鎢絲、硬質合金、鎢酸鹽類;也可用作印染助劑，同時也可用於石油工業及航空、航太材料的製造。以下介紹鹽酸分解白鎢礦制取鎢酸工藝：

鹽酸分解白鎢礦制取鎢酸，首先以白鎢礦粉或人造白鎢礦漿為原材料，在反應釜中加入鹽酸和白鎢礦粉或人造白鎢礦漿，在密閉、帶壓加熱、攪拌的條件下分解反應，最終經過濾洗滌製成目的物鎢酸。採用鹽酸分解大大提高了白鎢礦分解的效率，降低鹽酸耗量30-35%，避免HCI氣體對環境的污染和熱能的耗散，節能30%左右，生產率可提高25-30%，制得優質鎢酸。

該工藝具有鹽酸耗量低、能耗低、對環境污染小並可有效提高生產率等特點，從而克服了常規酸分解法需要加入的鹽酸量大，在高溫狀態下敞口反應，污染空氣、酸耗量及能耗高、生產率低等弊病。

第 2449 頁共 2953 頁

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