Вольфрамовый порошок: типы, установка, выбор

Вольфрамовый порошок представляет собой мелкодисперсный порошок серого цвета, изготовленный из металлического вольфрама. Он обладает уникальными свойствами, которые делают его полезным во многих промышленных и коммерческих областях. В данном руководстве представлен полный обзор вольфрамового порошка, методов его производства, областей применения, поставщиков, стоимости и т.д.

Обзор вольфрамового порошка

Вольфрамовый порошок, также известный как металлический порошок вольфрама или порошок Вольфрама, представляет собой частицы чистого элементарного вольфрама микронного размера. Он представляет собой серо-черный порошок, тяжелый и зернистый на ощупь.

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех металлов, обладает исключительной плотностью и твердостью. Это придает вольфрамовому порошку отличные высокотемпературные свойства, а также износостойкость, твердость и долговечность. В то же время его можно легировать другими металлами или придавать ему форму с помощью методов порошковой металлургии.

К основным свойствам и характеристикам вольфрамового порошка относятся:

• Высокая плотность - 19,3 г/см3, почти в два раза больше, чем у свинца
• Высокая температура плавления - 3422°C, самая высокая среди всех металлов
• Низкий коэффициент теплового расширения
• Отличная тепло- и электропроводность
• Устойчивость к износу, эрозии и дуге
• Биосовместимы и нетоксичны в чистом виде
• Серовато-черный цвет с металлическим блеском

Вольфрамовый порошок выпускается в виде частиц различного размера - от 1 до 150 мкм. Форма частиц может быть сферической, чешуйчатой или неправильной. Более мелкие порошки обеспечивают более равномерное смешивание и лучшую плотность. Крупные частицы предпочтительнее для таких применений, как вольфрамовые грузила.

Основным технологическим процессом, используемым для получения вольфрамового порошка, является водородное восстановление оксидов вольфрама. Чистые порошки вольфрама имеют яркий серебристо-серый цвет, а нечистые - коричневый или черный.

Применение и использование вольфрамового порошка

Вольфрамовый порошок находит широкое применение в следующих основных отраслях:

Вооруженные силы и оборона

• Вольфрамовые сплавы в пенетраторах кинетической энергии, бронебойных боеприпасах, грузиках в ракетах и снарядах
• Шарики и дротики из карбида вольфрама в противотанковых боеприпасах
• Радиационная защита в ядерных реакторах

Автомобильная промышленность

• Вольфрамовые нити в лампах накаливания и светильниках
• Контактные площадки и электрические компоненты, выдерживающие воздействие электрической дуги
• Шарикоподшипники из карбида вольфрама и другие износостойкие детали
• Вольфрамовые сплавы для деталей двигателей, таких как клапаны и турбокомпрессоры
• Противовесы и компоненты виброгашения

Производство

• Режущий инструмент, штампы, пуансоны из карбида вольфрама
• Вольфрамовые электроды для сварки
• Добавляется в сталь для получения быстрорежущих инструментальных сталей
• Компоненты для электрических контактов и резистивного нагрева
• Металлические выпарные лодки и тигли

Электроника

• Радиаторы и компоненты терморегулирования для полупроводников
• Лодочки для осаждения паров и нагревательные элементы
• Полевые эмиссионные наконечники, эмиттеры электронов и катоды
• Контакты, разъемы и токоподводящие провода
• Радиационная защита

Здравоохранение

• Коллиматоры, фильтры и защитные экраны из плотного вольфрамового сплава для рентгеновских аппаратов и лучевой терапии рака
• Порошок вольфрама в смеси с полимерами для получения плотных композитов для радиационной защиты
• Балластные грузы для медицинского оборудования
• Компоненты для медицинских имплантатов, таких как стенты и костные винты

Другие приложения

• Противовесы из вольфрамового сплава для таких применений, как клюшки для гольфа, кили яхт, лопасти вертолетных винтов
• Утяжелители для спортивного инвентаря, такого как дротики, шары для боулинга, головки клюшек для гольфа
• Рыболовные приманки, приманки для подводной охоты
• Ювелирные компоненты
• Балласт в автотранспортных средствах

Виды вольфрамовых порошков

Вольфрамовый порошок выпускается в виде различных марок, классифицируемых по размеру частиц, форме, степени чистоты, плотности порошка и назначению:

Тип	Описание
Сверхтонкий	Размер частиц менее 1 микрона, высокая площадь поверхности, используется в химических процессах
Субмикронный	1-5 мкм, сферическая морфология, высокая чистота, используется в цементированном карбиде вольфрама
Fine	1-10 микрон, высокая плотность, для вольфрамовых изделий
Средний	10-40 мкм, умеренная площадь поверхности, общее применение в порошковой металлургии
Грубая	40-150 мкм, низкая площадь поверхности, используется в весах
Чистый	Вольфрам 99,9%-99,99%, с низким содержанием примесей, яркого серебристо-серого цвета
Коммерческая	97%-99% вольфрам, содержит незначительные примеси, сероватый или коричневатый
Форма	Хлопья, иглы, дендриты или нестандартные формы, специальные применения

Технические характеристики вольфрамового порошка

Вольфрамовый порошок для промышленного применения должен отвечать ряду физических, химических и морфологических характеристик, соответствующих международным стандартам ISO, ASTM, DIN, JIS, GB и ГОСТ:

Параметр	Типовые технические характеристики
Размер частиц	1 - 150 мкм
Форма порошка	Сферические, неравномерные, чешуйчатые
Кажущаяся плотность	2 - 3 г/см3 для неспеченного порошка
Плотность отвода	4 - 6 г/см3 для неспеченного порошка
Чистота	99% - 99,995% вольфрам
Содержание кислорода	<100 - 1000 ppm
Содержание углерода	<100 - 500 ppm
Примеси тяжелых металлов	Пределы содержания частей на миллион для каждого элемента
Площадь поверхности	0,5 - 15 м2/г для порошка
Цвет	Светлый серебристо-серый до коричневато-серого
Расход порошка	Испытание расходомера Холла

Оптимальные характеристики порошка, такие как гранулометрический состав, морфология, кажущаяся плотность и плотность отвода, зависят от требований к прессованию и спеканию конечного компонента. Индивидуальные смеси вольфрамовых порошков разрабатываются с учетом требований каждого конкретного применения.

Стандарты проектирования и инжиниринга

Компоненты порошковой металлургии вольфрама разрабатываются в соответствии с различными международными стандартами, регламентирующими состав, производство, контроль качества и применение:

Стандарт	Подробности
ASTM B777	Стандартная спецификация на сплавы высокой плотности на основе вольфрама
ISO 13320	Технические условия на твердые металлы - брикеты из металлического порошка
MIL-T-21014	Военная спецификация на продукцию мельниц из вольфрама и вольфрамовых сплавов
SAE-AMS-T-21014	Спецификация аэрокосмических материалов для форм вольфрамовых мельниц
GB/T 13383-2008	Китайский стандарт на вольфрамовые прутки и стержни
JIS C 2805	Японский промышленный стандарт на продукцию вольфрамового комбината
DIN 2240	Немецкий стандарт на продукцию металлургических заводов по производству тяжелых металлов

Производители компонентов и порошков обеспечивают соответствие действующим стандартам по химическому составу, микроструктуре, механическим свойствам, неразрушающему контролю, обеспечению качества и др.

Производство и изготовление

Металлический порошок вольфрама получают главным образом путем водородного восстановления оксидов вольфрама:

Порошок оксида вольфрама + водород → Порошок вольфрама + водяной пар

Это экзотермический процесс, осуществляемый при температуре 700-1000°С в атмосфере водорода в специализированных восстановительных печах.

Основными этапами производства вольфрамового порошка являются:

1. Горнодобывающая промышленность - Вольфрамовые руды, такие как вольфрамит и шеелит, добываются, дробятся, измельчаются и концентрируются методом пленочной флотации с получением паратунгстата аммония (APT).
2. Преобразование в оксиды - APT термически разлагается до триоксида вольфрама (WO3), который измельчается в мелкий желто-коричневый порошок.
3. Восстановление водорода - Порошок WO3 подвергается восстановлению сухим газообразным водородом в толкательной, ленточной или ротационной печи при температуре до 1000°С.
4. Фрезерование и классификация - Восстановленный порошок вольфрама измельчается в шаровых мельницах, классифицируется по размерам частиц и подвергается дальнейшей обработке.
5. Смешивание и уплотнение - Порошки смешиваются, смазываются, прессуются в "зеленые" преформы и спекаются в готовые детали.

Высокочистые марки могут подвергаться дополнительной водородной или вакуумной дегазации для снижения уровня примесей. Фасонные и поверхностно обработанные порошки изготавливаются с использованием специальных технологий. Морфология, распределение по размерам, чистота и химический состав порошка строго контролируются для удовлетворения потребностей каждого применения.

Поставщики и ценообразование

К числу ведущих мировых поставщиков вольфрамового порошка относятся:

Компания	Расположение
Буйволиный вольфрам	США
Вольфрам Среднего Запада	США
TaeguTec	Южная Корея
Wolfram	Австрия
HC Starck	Германия
Сямыньский вольфрам	Китай
JX Nippon Mining	Япония

Цена на вольфрамовый порошок зависит от таких факторов, как:

• Чистота - Диапазон от US$50/кг для вольфрама 97% до более $1000/кг для ультратонких порошков 99,995%
• Размер частиц - Ультратонкий порошок US$100/кг, порошок микронного размера US$30-60/кг, грубые сорта дешевле
• Количество - Цены ниже на оптовые партии в тоннах
• Свойства порошка - Сферические и высокоплотные предпочтительнее по стоимости прессования
• Консистенция продукта - Устоявшиеся мировые бренды устанавливают более высокие цены

Ценовые диапазоны:

• Низкий уровень: $30-$50 за кг
• Средний сорт: $50-$150 за кг
• Высокая чистота/производительность: $150-$1000 за кг

Свяжитесь с ведущими поставщиками, чтобы получить точные ценовые предложения, исходя из ваших спецификаций и объемов закупок.

Как выбрать поставщиков вольфрамового порошка

Вот советы по выбору надежных производителей и поставщиков вольфрамового порошка:

• Изучите информацию о компании, в том числе о стаже работы, репутации и клиентах
• Убедитесь, что они могут подбирать характеристики порошка в соответствии с вашими требованиями
• Обратите внимание на стабильное качество, тщательное тестирование и сертификацию по стандарту ISO 9001
• Оценить их производственные мощности и способность увеличить объемы поставок в случае необходимости
• Учитывайте местоположение и логистику для эффективной доставки на ваши объекты
• Запрашивать образцы для проверки качества порошка перед крупными закупками
• Сравнение цен различных поставщиков для определения экономической эффективности
• Обеспечение высокой чистоты, надежности и стабильности продукции от партии к партии
• Проверьте сроки выполнения заказа и наличие запасов, чтобы избежать их отсутствия на складе
• Оцените гибкость при выполнении небольших тестовых заказов или срочных запросов
• Рассмотрим дополнительные услуги, такие как смешивание, химический анализ и индивидуальная упаковка

Руководство по установке и эксплуатации

Хранение и обращение

• Хранить вольфрамовый порошок в чистой, сухой, герметичной таре вдали от влаги, искр и пламени
• При хранении более 6 месяцев используйте инертный газ.
• Ограничить воздействие воздуха для минимизации окисления
• Обеспечение надлежащей вентиляции и систем пылеулавливания
• Избегайте загрязнения грязью, маслами или другими порошковыми примесями
• Работайте с чистыми совками и инструментами; используйте СИЗ, такие как маски, перчатки, защитные очки
• Предотвращение накопления порошка на поверхностях для минимизации риска взрыва пыли

Обработка и эксплуатация

• Смазывание порошка стеаратами или восками перед уплотнением
• Для прессования используйте штампы из инструментальной стали или твердого сплава, смазанные стеаратом цинка
• Уплотнение порошка с помощью плавных движений пресса при оптимальном давлении
• Для спекания используются водородные или вакуумные печи и контролируемые профили нагрева
• Соблюдайте рекомендуемые температуры и время спекания в зависимости от марки порошка
• Медленное охлаждение спеченных деталей в печи в инертной атмосфере
• При необходимости могут быть использованы дополнительные этапы, такие как инфильтрация, термообработка или HIP
• Соблюдайте меры предосторожности при работе с порошком и обслуживании оборудования

Техническое обслуживание

• Периодически осматривайте контейнеры с порошком и места хранения на предмет повреждений или утечек
• Пролитый порошок немедленно убирать во избежание накопления мелких частиц
• Отработанный вольфрамовый порошок и отходы безопасно утилизировать как опасные промышленные отходы
• Регулярная очистка штампов, пуансонов и другой оснастки порошкового пресса
• Смазка и техническое обслуживание прессов в соответствии с инструкциями производителя
• Соблюдайте рекомендованные графики технического обслуживания и калибровки печи

Плюсы и минусы использования вольфрамового порошка

Преимущества:

• Отличные высокотемпературные свойства благодаря высокой температуре плавления
• Износостойкость и коррозионная стойкость обеспечивают длительный срок службы компонентов
• Очень высокая плотность придает тяжесть и инерционность
• Биосовместимы и нетоксичны в чистом виде
• Хорошая тепло- и электропроводность
• Низкий коэффициент теплового расширения
• Может легироваться для оптимизации таких свойств, как твердость
• Порошковая металлургия позволяет изготавливать детали сложной формы
• Переработка с целью извлечения вольфрама

Недостатки:

• Дороговизна по сравнению с другими металлическими порошками
• Ограниченные мировые поставки и концентрация производства в Китае
• Хрупкие без модификации, требуют легирования или спекания
• Сложность обработки в полностью спеченном состоянии
• Высокая температура плавления делает производство энергоемким
• Более низкая пластичность и ударная вязкость по сравнению со сталью
• Склонны к окислению при повышенных температурах
• Восприимчивость к загрязнению в процессе обработки

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Какие существуют различные марки вольфрамового порошка?

О: Основные марки классифицируются по размеру частиц (ультратонкие, тонкие, средние, крупные), чистоте (от 99,9% до 99,995%), форме порошка (сферический, неправильный, хлопьевидный) и конечному назначению (общего применения, прессования, сварки и т.д.).

Вопрос: Какой размер частиц лучше всего подходит для прессования и спекания?

О: Оптимальным является бимодальное смешение более мелкого (1-10 мкм) и более крупного (10-40 мкм) порошка, что улучшает текучесть порошка и плотность зеленой массы. Можно также использовать сверхтонкий порошок.

Вопрос: Каково влияние примесей в вольфрамовом порошке?

О: Такие примеси, как углерод, кислород, медь и железо, могут ухудшать свойства. Сверхвысокочистые сорта содержат меньше примесей, что позволяет использовать их в сложных условиях.

Вопрос: Как происходит прессование и спекание вольфрамового порошка?

О: Порошок прессуется в пресс-форму под высоким давлением, затем спекается при температуре около 2000°C в атмосфере водорода или вакуума.

Вопрос: Какие легирующие элементы могут быть добавлены в вольфрамовый порошок?

О: Для повышения прочности, пластичности и других свойств вольфрам легируется такими элементами, как никель, железо, кобальт, медь и рений.

Вопрос: Каковы рекомендуемые правила хранения вольфрамового порошка?

A: Хранить в закрытой таре в чистом, сухом, защищенном от влаги и загрязнений месте. Ограничьте воздействие воздуха. При длительном хранении свыше 6 месяцев используйте инертный газ.

Вопрос: Как перерабатывается и повторно используется вольфрамовый порошок?

О: Лом порошка и твердый вольфрам могут быть переработаны путем дробления, измельчения, смешивания и повторного прессования в новые продукты. При этом ухудшения свойств не происходит.

Вопрос: Каковы основные области применения тяжелых сплавов на основе вольфрама?

О: Компоненты военного и оборонного назначения, такие как пенетраторы кинетической энергии, радиационная защита, противовесы, балластные грузы, демпфирование вибраций в аэрокосмической и автомобильной промышленности и т.д.

Вопрос: В чем преимущества использования вольфрама по сравнению с обедненным ураном?

О: Вольфрам нерадиоактивен, безопасен в обращении, не вызывает много споров, его легче достать, чем обедненный уран, при этом он обладает аналогичной плотностью.

узнать больше о процессах 3D-печати