采用氫還原三氧化鎢或仲鎢酸銨的方法制備。用氫還原法制取鎢粉的工藝過程一般分為兩個(gè)階段:階段在500~700℃溫度下,三氧化鎢還原成二氧化鎢;第二階段在700~900℃溫度下,二氧化鎢還原成鎢粉。還原反應(yīng)常在管式電爐或回轉(zhuǎn)式爐中進(jìn)行。
還原鎢粉的性能(如純度、粒度、粒度組成等)主要取決于還原工藝。在管式爐中還原鎢粉時(shí),影響還原速度的主要工藝參數(shù)是還原溫度、燒舟中氧化鎢的裝載量、燒舟移動(dòng)速度、氫氣流速及氫氣中水分含量。隨著還原溫度的升高,鎢粉的粒度變粗。
鎢粉的制取除了氫還原法外,還有早期采用的氧化鎢碳還原法,還原溫度高于1050℃。用這種方法得到的鎢粉純度較低。此外,用金屬鋁、鈣、鋅等還原氧化鎢的工藝研究工作亦在進(jìn)行中。對于特殊應(yīng)用而要求高純度、超細(xì)粒度的鎢粉,則發(fā)展了氯化鎢氫還原法,得到的鎢粉粒度可小于0.05μm。
工業(yè)生產(chǎn)可用氫氣還原三氧化鎢制得;或?qū)⒅冁u酸銨用酸處理,再經(jīng)熟分解得到三氧化鎢,用氫氣還原制得。
1.
氫氣還原三氧化鎢法:用氫氣還原可分二個(gè)階段進(jìn)行,階段將三氧化鎢加熱至550~800℃,用氫氣還原,第二階段還原在650~850℃時(shí)進(jìn)行,制得鎢粉成品。
2.
也可先將仲鎢酸銨通氫或不通氫還原成藍(lán)色氧化鎢(藍(lán)鎢),再用氫還原成鎢粉。鎢粉的粒度、粒度組成是鎢粉的重要質(zhì)量指標(biāo)。還原在管式電爐或回轉(zhuǎn)式電爐內(nèi)進(jìn)行。
鎢粉除了對雜質(zhì)含量有一定的要求外,氧含量要控制在一定范圍內(nèi)。常用鎢粉粒度一般為費(fèi)氏平均粒度2~10μm。鎢粉為多角形顆粒形狀。此外,鎢粉的比表面、松裝密度、搖實(shí)密度等也在一定范圍內(nèi)變化。鎢粉的性能對鎢材的生產(chǎn)和鎢粉末冶金制品的質(zhì)量有直接的影響,特別是純度和粒度的影響更為明顯。鎢粉是依據(jù)純度和粒度以及不同的用途而分類的。
早生產(chǎn)鎢粉是按化學(xué)純度將氫還原鎢粉分為三級;日本已制定了《鎢粉及碳化鎢粉》的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JISH2116-1979);英、法和前蘇聯(lián)等國均設(shè)有統(tǒng)一的鎢粉國家標(biāo)準(zhǔn)。中國工業(yè)生產(chǎn)的鎢粉于1982年制定了《氫還原鎢粉的技術(shù)條件》(GB3458-82)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鎢粉的性能和分類牌號.并對檢驗(yàn)方法、驗(yàn)收規(guī)則、包裝、運(yùn)輸和儲存等項(xiàng)目都做了明確的規(guī)定。對于特殊用途和軍工專用的鎢粉,生產(chǎn)廠可根據(jù)用戶要求試制生產(chǎn)。
鎢大部分用于生產(chǎn)硬質(zhì)合金和鎢鐵。鎢與鉻、鉬、鈷組成耐熱耐磨合金用于制作刀具、金屬表層硬化材料、燃?xì)廨啓C(jī)葉片和燃燒管等。鎢與鉭、鈮、鉬等組成難熔合金。鎢銅和鎢銀合金用作電接觸點(diǎn)材料。高密度的鎢鎳銅合金用作防輻射的防護(hù)屏。金屬鎢的絲、棒、片等用于制作電燈泡、電子管的部件和電弧焊的電極。鎢粉可燒結(jié)成各種孔隙度的過濾器。FW-1用于大型板坯、鎢錸電偶原料。FW-2用于觸頭合金、高比重屏蔽原料。FWP-1用于等離子噴鍍材料。
鎢粉是加工粉末冶金鎢制品和鎢合金的主要原料。純鎢粉可制成絲、棒、管、板等加工材和一定形狀制品。鎢粉與其他金屬粉末混合,可以制成各種鎢合金,如鎢鉬合金、鎢錸合金、鎢銅合金和高密度鎢合金等。鎢粉的另一個(gè)重要應(yīng)用是制成碳化鎢粉,進(jìn)而制備硬質(zhì)合金工具,如車刀、銑刀、鉆頭和模具等。
鎢鋼,又稱為硬質(zhì)合金,是指至少含有一種金屬碳化物組成的燒結(jié)復(fù)合材料。碳化鎢,碳化鈷,碳化鈮、碳化鈦,碳化鉭是鎢鋼的常見組份。碳化物組份(或相)的晶粒尺寸通常在0.2-10微米之間,碳化物晶粒使用金屬粘結(jié)劑結(jié)合在一起。粘結(jié)劑通常是指金屬鈷(Co),但對一些特別的用途,鎳(Ni),鐵(Fe),或其它金屬及合金也可使用。對于一個(gè)待定的碳化物和粘結(jié)相的成份組合稱之為“牌號”。
鎢鋼的分類根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。這種分類的依據(jù)是工件的材料種別(如P,M,K,N,S,H牌號)。粘結(jié)相成份主要是利用其強(qiáng)度和耐蝕性。
鎢鋼的基體由兩部分組成:一部分是硬化相;另一部分是粘結(jié)金屬。粘結(jié)金屬一般是鐵族金屬,常用的是鈷、鎳。因此就有了鎢鈷合金、鎢鎳合金及鎢鈦鈷合金。
含鎢的鋼材,比如高速鋼和某些熱作模具鋼,鋼材中含鎢對鋼材硬度和耐熱性能有很顯著的提高,但是韌性會急劇下降。
鎢資源的主要應(yīng)用也是硬質(zhì)合金,也就是鎢鋼。硬質(zhì)合金,被稱為現(xiàn)代工業(yè)的牙齒,鎢鋼制品的使用程度非常廣泛。