粉末冶金和碳化钨
粉末冶金和碳化钨
在现代工业中，碳化钨制品主要采用粉末冶金法制造。您可能对粉末冶金和碳化钨有很多疑问。什么是粉末冶金？什么是碳化钨？以及如何通过粉末冶金制造碳化钨？在这篇长文中，你会得到答案。
本文主要内容如下：
1.粉末冶金
1.1粉末冶金简介
1.2粉末冶金的历史
1.3 粉末冶金制造材料
1.4粉末冶金制造工艺
2.碳化钨
2.1碳化钨简介
2.2 应用粉末冶金的原因
2.3碳化钨的制造工艺
3.Summary
1.粉末冶金
1.1粉末冶金简介
粉末冶金是通过将粉末压制成一定形状并在低于熔点的温度下烧结来制造材料或部件的制造工艺。直到 25 年前，这种方法才被认为是生产高质量零件的一种优越方法。碳化钨的工艺主要包括两部分：一是在模具中将粉末压实，二是在保护环境中加热压块。这种方法可用于生产大量结构粉末冶金部件、自润滑轴承和切削工具。在此过程中，粉末冶金有助于降低材料损失并降低最终产品的成本。一般来说，粉末冶金适用于制造那些通过替代工艺成本很高或独特且只能通过粉末冶金制造的产品。粉末冶金的最大优势之一是粉末冶金工艺足够灵活，可以根据您的特定性能和性能要求定制产品的物理特性。这些物理特性包括复杂的结构和形状、孔隙率、性能、应力性能、振动吸收、精度高、表面光洁度好、公差范围窄的大系列零件以及硬度和耐磨性等特殊性能。
1.2粉末冶金的历史
粉末冶金的历史始于金属粉末。在公元前三世纪的埃及墓葬中发现了一些粉末制品，在中东发现了有色金属和黑色金属，然后传播到欧洲和亚洲。粉末冶金的科学基础是由俄罗斯科学家米哈伊尔·罗蒙诺索夫在 16 世纪发现的。他是第一个研究将各种金属（例如铅）转化为粉末状态的过程的人。
然而，在 1827 年，另一位俄罗斯科学家 Peter G. Sobolevsky 提出了一种用粉末制作珠宝和其他物品的新方法。二十世纪初，世界发生了翻天覆地的变化。使用了粉末冶金技术，并且随着电子学的发展，人们的兴趣增加了。 21世纪中叶以后，粉末冶金生产的产品大量增加。
1.3 粉末冶金制造材料
正如我们之前提到的，粉末冶金适用于制造那些通过替代工艺成本高或独特且只能通过粉末冶金制造的产品。在这一部分中，我们将详细讨论这些材料。
A.通过替代工艺成本高昂的材料
结构部件和多孔材料是通过其他方法成本很高的材料。结构件包括一些金属，如铜、黄铜、青铜、铝等。它们可以通过其他方法制造。然而，人们喜欢粉末冶金，因为它成本较低。保油等多孔材料轴承通常由粉末冶金制成。这样，应用粉末冶金可以降低初始成本。
B.只有粉末冶金才能制造的独特材料
有两种独特的材料无法通过替代方法生产。它们是难熔金属和复合材料。
难熔金属的熔点很高，很难通过熔炼和铸造来生产。这些金属中的大多数也很脆。钨、钼、铌、钽和铼属于这些金属。
复合材料的种类繁多，如电接触材料、硬质合金、摩擦材料、金刚石刀具、几种锻造制品、软磁复合材料等。这些两种或多种金属的复合物是不溶的，有些金属的熔点很高。
1.4粉末冶金制造工艺
粉末冶金的主要制造工艺是混合、压实和烧结。
1.4.1 混合
混合金属粉末或粉末。该过程在具有粘合剂金属的球磨机中进行。
1.4.2 紧凑
将混合物装入模具或模具中并施加压力。在这个过程中，压坯被称为绿色碳化钨，意思是未烧结的碳化钨。
1.4.3 烧结
在保护气氛中以低于主要成分熔点的温度加热绿色碳化钨，使粉末颗粒焊接在一起并赋予物体足够的强度以用于预期用途。这称为烧结。
2.碳化钨
2.1碳化钨简介
硬质合金，又称钨合金、硬质合金、硬质合金或硬质合金，是世界上仅次于金刚石的最硬刀具材料之一。碳化钨作为钨和碳的复合材料，继承了两种原料的优点。它具有硬度高、强度好、耐磨、耐冲击、抗冲击、耐用等诸多优良性能。牌号也可能是影响碳化钨本身性能的一部分。有很多毕业生系列，如YG、YW、YK等。这些牌号系列不同于碳化钨中添加的粘结剂粉末。 YG系列碳化钨选用钴作结合剂，YK系列碳化钨选用镍作结合剂。
碳化钨具有集中在这种刀具材料上的诸多优点，具有广泛的应用前景。硬质合金可制成多种产品，包括硬质合金球头、硬质合金棒材、硬质合金板、硬质合金立铣刀、硬质合金毛刺、硬质合金刀片、硬质合金冲头、硬质合金焊接复合棒材等上。它们可广泛用作隧道、挖掘和采矿的钻头的一部分。并且它们可以用作切削工具来进行切削、铣削、车削、切槽等。除了工业应用外，碳化钨还可以用于日常生活中，比如中性笔笔尖中的小圆珠。
2.2 应用粉末冶金的原因
碳化钨是难熔金属，用普通的制造方法很难加工。碳化钨是一种只能通过粉末冶金制造的材料。除碳化钨外，碳化钨产品还含有其他金属，如钴、镍、钛或钽。它们混合，通过模具压制，然后在高温下烧结。碳化钨熔点高，需在2000℃高温下烧结，才能形成所需的尺寸和形状，获得较高的硬度。
2.3碳化钨的制造工艺
在工厂，我们应用粉末冶金制造碳化钨产品。粉末冶金的主要工艺是混合粉末、压坯和烧结生坯。考虑到我们在2.1碳化钨简介中谈到的碳化钨的特殊性能，碳化钨的制造工艺比较复杂。详细情况如下：
2.3.1 混合
混合时，工人将优质碳化钨粉末和以钴或镍粉末为主的粘结剂粉末按一定比例混合。比例由客户要求的等级决定。例如，YG8 碳化钨中含有 8% 的钴粉。不同的粘合剂粉末具有不同的优点。作为最常见的一种，钴能够润湿碳化钨颗粒并非常紧密地结合它们。然而，钴的价格正在上涨，钴金属越来越稀有。另外两种结合金属是镍和铁。以铁粉为结合剂的碳化钨制品，其机械强度比以钴粉为低。有时，工厂会用镍代替钴，但碳化钨-镍产品的性能会低于碳化钨-钴产品。
2.3.2 湿磨
将混合物放入球磨机中，其中有碳化钨内衬或不锈钢内衬。在湿磨期间，加入乙醇和水。碳化钨颗粒的粒度会影响最终产品的性能。一般来说，晶粒尺寸较大的碳化钨硬度会较低。
湿磨后的浆料混合物经过筛分后倒入容器中，这是防止碳化钨污染的重要措施。将浆料碳化钨保存在容器中以等待下一步。
2.3.3 干喷
该工艺是将碳化钨中的水和乙醇蒸发，并在喷雾干燥塔中干燥碳化钨混合物粉末。惰性气体被添加到喷雾塔中。为保证最终碳化钨的质量，碳化钨中的液体应完全干燥。
2.3.4 筛分
干喷后，工人将碳化钨粉末过筛，去除可能存在的氧化块，这会影响碳化钨的压实和烧结。
2.3.5 压实
在压制过程中，工人将根据图纸使用机器生产不同尺寸和形状的碳化钨生坯。一般而言，生坯由自动机器压制。有些产品是不同的。例如，碳化钨棒由挤压机或干袋等静压机制成。生压坯的尺寸大于最终的碳化钨产品，因为压坯在烧结时会收缩。在压实过程中，会加入一些成型剂，如石蜡，以获得预期的压坯。
2.3.6 烧结
看起来烧结是一个简单的过程，因为工人只需将生坯放入烧结炉中即可。事实上，烧结是复杂的，烧结过程分为四个阶段。它们是脱模剂和预烧阶段、固相烧结阶段、液相烧结阶段和冷却阶段。碳化钨产品在固相烧结阶段收缩很大。
在烧结过程中，温度要逐渐升高，在第三阶段，液相烧结阶段，温度会达到峰值。烧结环境应该很干净。在此过程中，碳化钨产品会大幅收缩。
2.3.7 最终检查
在工人将碳化钨产品包装好寄给客户之前，每一件碳化钨产品都应该仔细检查。实验室中的各种设备在这个过程中会用到洛氏硬度计、金相显微镜、密度计、矫顽力计等。应检查和保证它们的质量和性能，如硬度、密度、内部结构、钴含量和其他性能。
3.Summary
硬质合金作为一种流行且应用广泛的刀具材料，在制造业中有着广阔的市场。正如我们上面谈到的，碳化钨具有高熔点。而且它是钨、碳和其他一些金属的复合材料，因此碳化钨很难用其他传统方法制造。粉末冶金在制造碳化钨产品中发挥着重要作用。通过粉末冶金，碳化钨产品经过一系列的制造工艺获得了多种性能。这些特性，如硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性等，使碳化钨广泛应用于采矿、切割、建筑、能源、制造、军事、航空航天等领域。
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