TungstenCarbide2В предыдущей статье («Что такое карбид вольфрама?» Спрашивали? Отвечаем!) мы рассказали о таком материале, как карбид вольфрама. Сегодня вас ожидает рассказ о том, как создается этот важнейший материал.

Из всех металлов вольфрам отличается самой высокой температурой плавления – 3410oC (6170oF). Неудивительно, что обычные процессы, такие как плавление, смешение и легирование металлов, делают стоимость изготовления деталей из вольфрама или его сплавов запредельной.

Однако существует один метод, при котором расплавление основного металла не требуется. Он называется порошковая металлургия.

В основе порошковой металлургии лежит использование порошка основного металла и примеси другого металла, по меньшей мере одного, с гораздо более низкой температурой плавления. Эти порошки интенсивно смешиваются с использованием барабанно-шаровой мельницы и прессуются в форму, близкую к конечной. Затем для превращения спрессованных частиц в монолитное изделие или композитный материал производится спекание, причем при температуре гораздо ниже температуры плавления основного металла.

Пошаговое описание процесса представлено ниже:

Синтез вольфраза из руды

Примерно 85% производимого в мире вольфрама поступает из Китая и получается из различных руд. Вольфрамовая руда очищается для получения оксида вольфрама или чистого вольфрамового порошка.

Карбидизация

Для получения карбида вольфрама (аббревиатура WC) можно использовать несколько разных способов. Kennametal применяет для создания порошка уникальный метод, который представляет собой химическую реакцию с использованием получаемой при сгорании алюминия очень высокой температуры (более 2200 °C), при которой происходит соединение вольфрама с углеродом. По мере остывания порошок карбида вольфрама образует кристаллическую массу, которая подвергается дальнейшей очистке и переработке с целью извлечения порошка WC. Уникальный процесс высокотемпературной карбидизации обеспечивает оптимальное стехиометрическое соединение каждого атома вольфрама с атомом углерода в относительно большой по размерам кристалл (до 100 мкм и более).Измельчение и перемешивание

Увлажненный порошок карбида вольфрама измельчается для получения гранул необходимого размера. Размер гранул зависит от назначения материала, поскольку он существенно влияет на физические свойства конечного продукта. Порошок карбида вольфрама также смешивается со связующим веществом, например, с кобальтом или другими материалами, а также с мягкой восковой смазкой, необходимой для временного скрепления гранул после брикетирования.Высушивание и гранулирование

Влажный раствор порошка высушивается при помощи вакуумной или распылительной сушилки, большая часть влаги удаляется. Для придания полученным гранулам большей текучести может потребоваться операция пеллетизации (придания гранулам более обтекаемой шарообразной формы).Формование

Для придания порошку различных форм может применяться несколько разных технологий. Среди наиболее распространенных – прессование и литье под давлением. Еще одной развивающейся технологией формования порошка  карбида вольфрама является 3D-печать. По окончании стадии формования частицы еще не полностью уплотнены и находятся, как считается, в «зеленом» состоянии, скрепленные восковым связующим веществом.Удаление воска и спекание

«Зеленые» частицы порошка подвергаются воздействию высокой температуры, при этом временный восковый загуститель удаляется, а частицы связующего металла расплавляются и обволакивают твердые гранулы тугоплавкого металла. Затем смесь охлаждается, и частицы связующего металла, остывая, сжимают твердые частицы основного компонента.

Этот процесс чем-то напоминает приготовление козинаков. Твердые частицы карбида вольфрама похожи на кусочки орехов, а связующий элемент действует как растопленный мед или сахар. При увеличении количества связующего вещества – расплавленного меда или сахара в нашем примере – конечный продукт приобретает большую “износостойкость” или прочность, тогда как при меньшем его количестве получается более твердый, но вместе с тем более хрупкий продукт. Регулируя количество связующего металла, мы регулируем качество конечного продукта в соответствии с его назначением.  Окончательная обработка

После спекания очень твердые, полностью уплотненные изделия проходят конечную обработку, которая может включать финальную стадию шлифовки, позволяющую достичь необходимых размеров изделия. Кроме того, компоненты, изготовленные из карбида вольфрама, часто защищаются дополнительным покрытием, которое увеличивает срок использования изделия потребителем.

Эта технология позволяет получить один из самых полезных материалов, которые когда-либо были открыты. Без него невозможно представить существование многих других вещей, которыми мы пользуемся ежедневно. На протяжении 100 лет, прошедших с того момента, когда впервые был получен карбид вольфрама, его использование, ставшее возможным благодаря порошковой металлургии, обеспечивало и продолжает обеспечивать успешное развитие экономики.

Источник материала: перевод статьи
How is Tungsten Carbide Formed?

Kennametal



Понравилась статья? Поделитесь: