粉末冶金和碳化鎢
粉末冶金和碳化鎢
在現代工業中，碳化鎢製品主要採用粉末冶金法製造。您可能對粉末冶金和碳化鎢有很多疑問。什麼是粉末冶金？什麼是碳化鎢？以及如何通過粉末冶金製造碳化鎢？在這篇長文中，你會得到答案。
本文主要內容如下：
1.粉末冶金
1.1粉末冶金簡介
1.2粉末冶金的歷史
1.3 粉末冶金製造材料
1.4粉末冶金製造工藝
2.碳化鎢
2.1碳化鎢簡介
2.2 應用粉末冶金的原因
2.3碳化鎢的製造工藝
3.Summary
1.粉末冶金
1.1粉末冶金簡介
粉末冶金是通過將粉末壓製成一定形狀並在低於熔點的溫度下燒結來製造材料或部件的製造工藝。直到 25 年前，這種方法才被認為是生產高質量零件的一種優越方法。碳化鎢的工藝主要包括兩部分：一是在模具中將粉末壓實，二是在保護環境中加熱壓塊。這種方法可用於生產大量結構粉末冶金部件、自潤滑軸承和切削工具。在此過程中，粉末冶金有助於降低材料損失並降低最終產品的成本。一般來說，粉末冶金適用於製造那些通過替代工藝成本很高或獨特且只能通過粉末冶金製造的產品。粉末冶金的最大優勢之一是粉末冶金工藝足夠靈活，可以根據您的特定性能和性能要求定制產品的物理特性。這些物理特性包括複雜的結構和形狀、孔隙率、性能、應力性能、振動吸收、精度高、表面光潔度好、公差範圍窄的大系列零件以及硬度和耐磨性等特殊性能。
1.2粉末冶金的歷史
粉末冶金的歷史始於金屬粉末。在公元前三世紀的埃及墓葬中發現了一些粉末製品，在中東發現了有色金屬和黑色金屬，然後傳播到歐洲和亞洲。粉末冶金的科學基礎是由俄羅斯科學家米哈伊爾·羅蒙諾索夫在 16 世紀發現的。他是第一個研究將各種金屬（例如鉛）轉化為粉末狀態的過程的人。
然而，在 1827 年，另一位俄羅斯科學家 Peter G. Sobolevsky 提出了一種用粉末製作珠寶和其他物品的新方法。二十世紀初，世界發生了翻天覆地的變化。使用了粉末冶金技術，並且隨著電子學的發展，人們的興趣增加了。 21世紀中葉以後，粉末冶金生產的產品大量增加。
1.3 粉末冶金製造材料
正如我們之前提到的，粉末冶金適用於製造那些通過替代工藝成本高或獨特且只能通過粉末冶金製造的產品。在這一部分中，我們將詳細討論這些材料。
A.通過替代工藝成本高昂的材料
結構部件和多孔材料是通過其他方法成本很高的材料。結構件包括一些金屬，如銅、黃銅、青銅、鋁等。它們可以通過其他方法製造。然而，人們喜歡粉末冶金，因為它成本較低。保油等多孔材料軸承通常由粉末冶金製成。這樣，應用粉末冶金可以降低初始成本。
B.只有粉末冶金才能製造的獨特材料
有兩種獨特的材料無法通過替代方法生產。它們是難熔金屬和復合材料。
難熔金屬的熔點很高，很難通過熔煉和鑄造來生產。這些金屬中的大多數也很脆。鎢、鉬、鈮、鉭和錸屬於這些金屬。
複合材料的種類繁多，如電接觸材料、硬質合金、摩擦材料、金剛石刀具、幾種鍛造產品、軟磁複合材料等。這些兩種或多種金屬的複合物是不溶的，有些金屬的熔點很高。
1.4粉末冶金製造工藝
粉末冶金的主要製造工藝是混合、壓實和燒結。
1.4.1 混合
混合金屬粉末或粉末。該過程在具有粘合劑金屬的球磨機中進行。
1.4.2 緊湊
將混合物裝入模具或模具中並施加壓力。在這個過程中，壓坯被稱為綠色碳化鎢，意思是未燒結的碳化鎢。
1.4.3 燒結
在保護氣氛中以低於主要成分熔點的溫度加熱綠色碳化鎢，使粉末顆粒焊接在一起並賦予物體足夠的強度以用於預期用途。這稱為燒結。
2.碳化鎢
2.1碳化鎢簡介
硬質合金，又稱鎢合金、硬質合金、硬質合金或硬質合金，是世界上僅次於金剛石的最硬刀具材料之一。碳化鎢作為鎢和碳的複合材料，繼承了兩種原料的優點。它具有硬度高、強度好、耐磨、耐衝擊、抗衝擊、耐用等諸多優良性能。牌號也可能是影響碳化鎢本身性能的一部分。有很多畢業生系列，如YG、YW、YK等。這些牌號系列不同於碳化鎢中添加的粘結劑粉末。 YG系列碳化鎢選用鈷作結合劑，YK系列碳化鎢選用鎳作結合劑。
碳化鎢具有集中在這種刀具材料上的諸多優點，具有廣泛的應用前景。硬質合金可製成多種產品，包括硬質合金球頭、硬質合金棒、硬質合金板、硬質合金立銑刀、硬質合金毛刺、硬質合金刀片、硬質合金沖頭、硬質合金焊接複合棒等上。它們可廣泛用作隧道、挖掘和採礦的鑽頭的一部分。並且它們可以用作切削工具來進行切削、銑削、車削、切槽等。除了工業應用外，碳化鎢還可以用於日常生活中，比如中性筆筆尖中的小圓珠。
2.2 應用粉末冶金的原因
碳化鎢是難熔金屬，用普通的製造方法很難加工。碳化鎢是一種只能通過粉末冶金製造的材料。除碳化鎢外，碳化鎢產品還含有其他金屬，如鈷、鎳、鈦或鉭。它們混合，通過模具壓制，然後在高溫下燒結。碳化鎢熔點較高，需在2000℃高溫下燒結，才能形成所需的尺寸和形狀，獲得較高的硬度。
2.3碳化鎢的製造工藝
在工廠，我們應用粉末冶金製造碳化鎢產品。粉末冶金的主要工藝是混合粉末、壓坯和燒結生坯。考慮到我們在2.1碳化鎢簡介中講過的碳化鎢的特殊性能，碳化鎢的製造工藝比較複雜。詳細情況如下：
2.3.1 混合
混合時，工人將優質碳化鎢粉末和以鈷或鎳粉末為主的粘結劑粉末按一定比例混合。比例由客戶要求的等級決定。例如，YG8 碳化鎢中含有 8% 的鈷粉。不同的粘合劑粉末具有不同的優點。作為最常見的一種，鈷能夠潤濕碳化鎢顆粒並非常緊密地結合它們。然而，鈷的價格正在上漲，鈷金屬越來越稀有。另外兩種結合金屬是鎳和鐵。以鐵粉為結合劑的碳化鎢製品，其機械強度比以鈷粉為低。有時，工廠會用鎳代替鈷，但碳化鎢-鎳產品的性能會低於碳化鎢-鈷產品。
2.3.2 濕磨
將混合物放入球磨機中，其中有碳化鎢內襯或不銹鋼內襯。在濕磨期間，加入乙醇和水。碳化鎢顆粒的粒度會影響最終產品的性能。一般來說，晶粒尺寸較大的碳化鎢硬度會較低。
濕磨後的漿料混合物經過篩分後倒入容器中，這是防止碳化鎢污染的重要措施。將漿料碳化鎢保存在容器中以等待下一步。
2.3.3 幹噴
該工藝是將碳化鎢中的水和乙醇蒸發，並在噴霧乾燥塔中乾燥碳化鎢混合物粉末。惰性氣體被添加到噴霧塔中。為保證最終碳化鎢的質量，碳化鎢中的液體應完全乾燥。
2.3.4 篩分
幹噴後，工人將碳化鎢粉末過篩，去除可能存在的氧化塊，氧化塊會影響碳化鎢的壓實和燒結。
2.3.5 壓實
在壓製過程中，工人將使用機器根據圖紙生產不同尺寸和形狀的碳化鎢生坯。一般而言，生坯由自動機器壓制。有些產品是不同的。例如，碳化鎢棒由擠壓機或乾袋等靜壓機製成。生壓坯的尺寸大於最終的碳化鎢產品，因為壓坯在燒結時會收縮。在壓實過程中，會加入一些成型劑，如石蠟，以獲得預期的壓坯。
2.3.6 燒結
看起來燒結是一個簡單的過程，因為工人只需將生坯放入燒結爐中即可。事實上，燒結是複雜的，燒結過程分為四個階段。它們是脫模劑和預燒階段、固相燒結階段、液相燒結階段和冷卻階段。碳化鎢產品在固相燒結階段收縮很大。
在燒結過程中，溫度要逐漸升高，在第三階段，液相燒結階段，溫度會達到峰值。燒結環境應該很乾淨。在此過程中，碳化鎢產品會大幅收縮。
2.3.7 最終檢查
在工人將碳化鎢產品包裝好寄給客戶之前，每一件碳化鎢產品都應該仔細檢查。實驗室中的各種設備在這個過程中會用到洛氏硬度計、金相顯微鏡、密度計、矯頑力計等。應檢查和保證它們的質量和性能，如硬度、密度、內部結構、鈷含量和其他性能。
3.Summary
硬質合金作為一種流行且應用廣泛的刀具材料，在製造業中有著廣闊的市場。正如我們上面談到的，碳化鎢具有高熔點。而且它是鎢、碳和其他一些金屬的複合材料，因此碳化鎢很難用其他傳統方法製造。粉末冶金在製造碳化鎢產品中發揮著重要作用。通過粉末冶金，碳化鎢製品經過一系列的製造工藝獲得了多種性能。這些特性，如硬度、強度、耐磨性、耐腐蝕性等，使碳化鎢廣泛應用於採礦、切割、建築、能源、製造、軍事、航空航天等領域。
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