Оглавление
Предисловие
Значение и предпосылки исследования порошка карбида вольфрама
Цели и аудитория этой книги
Обзор метода и содержания письма
Глава 1: Введение в порошок карбида вольфрама
1.1 Определение и химический состав
1.2 Историческое развитие
1.3 Основные физико-химические свойства
1.4 Классификация порошка карбида вольфрама
Глава 2: Процесс производства порошка карбида вольфрама
2.1 Подготовка сырья
2.2 Традиционный метод карбонизации
2.3 Метод химического осаждения из паровой фазы (CVD)
2.4 Метод механического легирования
2.5 Другие новые технологии
2.6 Технология постобработки
Глава 3: Микроструктура и технология определения характеристик порошка карбида вольфрама
3.1 Характеристики микроструктуры
3.2 Методы характеристики
3.3 Анализ химического состава
3.4 Тест физических свойств
Глава 4: Области применения порошка карбида вольфрама (ключевые главы)
Обзор
Универсальность и ценность применения порошка карбида вольфрама
Структура главы и методы исследования
Источник данных и анализ случаев
4.1 Производство твердого сплава
4.1.1 Режущие инструменты
4.1.1.1 Токарные инструменты и фрезы
Формула WC-Co (содержание кобальта 6%-12%) и производительность резки Данные: Скорость резки увеличена на 50% (по сравнению с быстрорежущей сталью, >200 м/мин) Случай: Обработка блока цилиндров автомобильного двигателя (срок службы > 100 000 шт.)
4.1.1.2 Сверла и буровой инструмент
Микронный порошок WC (1-3 мкм ) при обработке глубоких отверстий. Характеристики: Твердость HV 1600, стойкость к скалыванию >12 МПа·м1/2. Технология: Многослойное покрытие сверла WC- TiC (износостойкость увеличена в 3 раза).
4.1.1.3 Специальные режущие инструменты
Микросверло для печатных плат (диаметр < 0,1 мм) и инструменты для обработки сверхтвердых материалов Процесс спекания (1450°C, HIP) нанопорошка WC (<100 нм) Случай: Обработка авиационных композитных материалов (точность ±0,005 мм)
4.1.2 Износостойкие детали
4.1.2.1 Штампы для штамповки
Применение штампов на основе WC при холодной штамповке стальных пластин Данные: Срок службы > 500 000 раз (в 5 раз выше, чем у Cr12MoV) Технология: спекание WC-Co (1500°C, 30 МПа)
4.1.2.2 Волочильная и экструзионная матрица
Тонкий порошок WC (0,5-1 мкм ) при волочении медной проволоки. Характеристики: Шероховатость поверхности Ra < 0,02 мкм , скорость износа < 0,001 мм³/ Н·м. Случай: Волочильный станок для проволоки в кабельной промышленности (непрерывная работа > 6 месяцев).
4.1.2.3 Износостойкие подшипники и уплотнения
Применение композиционных материалов WC-Ni в высокоскоростных подшипниках Данные: Коэффициент трения <0,1, термостойкость >800°C Технология: Оптимизация процесса горячего изостатического прессования (HIP)
4.1.3 Инструменты для точной обработки
4.1.3.1 Стоматологические и медицинские инструменты
Микрообработка порошка WC на стоматологических сверлах (диаметр 0,3-1 мм) Свойства: Твердость HV 1800, биосовместимость (ISO 10993-5) Случай: Сверло для стоматологической хирургии (долговечность > 1000 раз)
4.1.3.2 Оптическая форма
Применение ультратонкого порошка WC в формах для стеклянных линз Данные: Точность поверхности <10 нм, срок службы >100 000 циклов прессования Технология: Зеркальная полировка в сочетании с покрытием WC
4.2 Технология нанесения покрытия на поверхность
4.2.1 Термическое напыление покрытия
4.2.1.1 Высокоскоростное газопламенное напыление
Применение порошка WC-Co (10%-12% Co) в износостойком покрытии Данные: твердость покрытия HV 1200-1400, скорость износа <0,01 мм³/ Н·м Случай: Лопатки авиационных двигателей (срок службы > 3000 часов)
4.2.1.2 Газопламенное напыление
Применение порошка WC-Ni в недорогом износостойком покрытии Характеристики: Прочность сцепления >50 МПа, толщина 100-300 мкм Случай: Лопасти сельскохозяйственной техники (стойкость к износу увеличена в 4 раза)
4.2.2 Плазменное напыление и лазерная наплавка
4.2.2.1 Плазменное напыление
Композитное покрытие WC-Cr3C2 с высокой коррозионной стойкостью Данные: Стойкость к окислению >1000°C, пористость <2% Случай: Лопатки газовых турбин (эксплуатация > 5000 часов)
4.2.2.2 Лазерная наплавка
Укрепление поверхности нефтяного бурового инструмента порошком WC Характеристики: толщина покрытия 0,5-2 мм, твердость HV 1300 Случай: Глубоководная бурильная труба (срок коррозионной стойкости > 2 лет)
4.2.3 Устойчивость к высоким температурам и специальное покрытие
4.2.3.1 Покрытие, устойчивое к термическому удару
Применение покрытий на основе WC в высокотемпературных формах Данные: Коэффициент термического расширения <5×10-6/°C, термостойкость >1200°C Технология: Композитное покрытие WC- TiC -Ni
4.2.3.2 Химически стойкое покрытие
Коррозионная стойкость покрытия WC-CoCr в химических трубопроводах Случай: Клапаны в кислых средах (срок службы > 3 лет)
4.3 Инструменты для горнодобывающей промышленности и строительства
4.3.1 Инструменты для бурения горных пород
4.3.1.1 Буровые коронки для твердых пород
Применение буровых коронок с инкрустацией WC при добыче гранита Данные: Ударная вязкость >25 Дж/см², скорость бурения >12 м/ч Случай: Бурение подрывных работ (срок службы > 1000 м)
4.3.1.2 Инструменты для бурения угольных пластов
Режущая головка WC-Co в выемке угля. Характеристики: Твердость HV 1500, износостойкость <0,002 мм³/ Н·м. Технология: Усиление композитом WC- TiC.
4.3.2 Щитовые резаки и проходческое оборудование
4.3.2.1 Режущая головка щита метро
Применение режущих инструментов на основе WC в песчаниковых пластах Данные: Срок службы резца > 6000 м, износостойкость увеличена в 2 раза Пример: Проект городского тоннеля (цикл замены > 1 года)
4.3.2.2 Туннелепроходческий резак для твердых грунтов
WC- TiC в базальте Характеристики: Трещиностойкость >15 МПа·м1/2 Технология: Оптимизация спекания сверхтвердого порошка WC
4.3.3 Износостойкая футеровка и дробильное оборудование
4.3.3.1 Футеровка шаровой мельницы
Применение армированной футеровки WC при измельчении руды Данные: Скорость износа <0,05 г/т, срок службы >2 лет Пример: Переработка железной руды (повышение эффективности на 30%)
4.3.3.2 Дробильный молоток
Износостойкость молота WC-Co при дроблении известняка Характеристики: Ударная прочность > 100 000 раз
4.4 Электроника и энергетика
4.4.1 Проводящие покрытия и электродные материалы
4.4.1.1 Электроды топливных элементов
Электропроводность порошка WC в топливных элементах PEM Данные: Удельное сопротивление <10-5 Ом·см , циклическая стабильность >10 000 раз Технология: PVD-осаждение тонкой пленки WC
4.4.1.2 Токосъемник литиевой батареи
Прочность покрытия WC на алюминиевой фольге Показатели: Адгезия >20 Н/см, коррозионная стойкость увеличена в 2 раза Случай: Аккумулятор электромобиля (степень сохранения емкости > 90%)
4.4.2 Носитель катализатора
4.4.2.1 Катализ водородного топлива
Применение порошка Nano-WC (<50 нм) в электролизе воды Данные: Каталитическая активность >95% (по сравнению с Pt/C) Технология: Композитный катализатор WC-Pt
4.4.2.2 Химический катализ
Стабильность носителей на основе WC в синтезе аммиака Характеристики: термостойкость >600°C, срок службы >5000 часов
4.4.3 Хранение энергии и управление температурным режимом
4.4.3.1 Суперконденсатор
Удельная емкость электродных материалов на основе WC (>250 Ф/г) Данные: Циклический ресурс > 8000 раз Случай: Новая система хранения энергии
4.4.3.2 Терморегулирующее покрытие
Применение WC-покрытия для рассеивания тепла в светодиодах. Характеристики: Теплопроводность >120 Вт/ м·К
4.5 Аэрокосмические и военные применения
4.5.1 Турбинные лопатки и сопла
4.5.1.1 Лопатки авиационных двигателей
Применение покрытия WC-Co для износостойкости при высоких температурах Данные: Термостойкость >1300°C, срок службы >4000 часов Случай: Турбореактивный двухконтурный двигатель (тяговая эффективность увеличена на 5%)
4.5.1.2 Сопло ракеты
Применение термостойкого покрытия на основе WC в твердотопливных ракетах Характеристики: Стойкость к абляции <0,01 мм/с
4.5.2 Материалы брони
4.5.2.1 Броня танка
Противопульные характеристики композитной керамической брони WC Данные: Твердость >2200 HV, стойкость к пробитию >1200 м/с Случай: Защита основного боевого танка (толщина <50 мм)
4.5.2.2 Плагин бронежилета
Применение легкого основания WC Характеристики: Вес <2 кг/м², уровень защиты NIJ IV
4.5.3 Износостойкие детали космических аппаратов
4.5.3.1 Бортовое оборудование
Износостойкость покрытий WC в шарнирах сателлитов Данные: Коэффициент трения <0,05, срок службы >10 лет Технология: Процесс вакуумного PVD
4.6 Другие новые приложения
4.6.1 3D-печать и аддитивное производство
4.6.1.1 Печать металлических деталей
Применение порошка WC-Co в SLM (селективное лазерное плавление). Данные: плотность >99%, точность ±0,02 мм. Случай: быстрое прототипирование авиационных деталей.
4.6.1.2 Изготовление пресс-форм
Преимущества порошка Nano WC в производстве форм для 3D-печати: Твердость поверхности HV 2000
4.6.2 Биомедицинские материалы
4.6.2.1 Ортопедические имплантаты
Износостойкость покрытия WC в тазобедренном суставе Данные: Скорость износа <0,001 мм³/ Н·м , выживаемость клеток >98% Технология: Композитное покрытие WC-Ti
4.6.2.2 Реставрация зубов
Материалы на основе WC в зубных коронках Характеристики: прочность на излом >1000 МПа
4.6.3 Интеллектуальное производство и датчики
4.6.3.1 Датчик высокой температуры
Стабильность порошка WC в промышленных датчиках Данные: Термостойкость > 1000°C, время отклика < 1 мс Случай: Мониторинг сталеплавильной печи
4.7 Примеры применения и анализ данных
4.7.1 Сводная таблица отраслевых приложений
Сравнение данных в областях твердого сплава, покрытий, горнодобывающей промышленности, электроники и т. д.
4.7.2 Сравнительный анализ производительности
Основные показатели, такие как твердость, износостойкость, срок службы и т. д. (по сравнению с традиционными материалами)
4.7.3 Успешные примеры
Примеры применения на мировом уровне (например, Sandvik, Kennametal)
4.8 Перспективы будущего применения
4.8.1 Потенциал в новых областях
Компоненты охлаждения квантовых вычислений Гибкий электронный проводящий слой
4.8.2 Технические проблемы и решения
Улучшение дисперсии порошка Nano-WC Улучшение стабильности высокотемпературных покрытий
4.8.3 Прогноз рынка
Темпы роста спроса в 2030 году >6%, анализ ключевых направлений
Глава 5: Контроль качества и стандарты порошка карбида вольфрама
5.1 Ключевые моменты контроля качества
5.2 Международные стандарты
5.3 Внутренние стандарты
5.4 Сравнение стандартов и применимость
Глава 6: Оптимизация производительности и модификация порошка карбида вольфрама
6.1 Оптимизация размера частиц
6.2 Легирование и модификация композита
6.3 Технология модификации поверхности
6.4 Термическая обработка и отжиг
Глава 7: Вопросы охраны окружающей среды и безопасности при использовании порошка карбида вольфрама
7.1 Воздействие на окружающую среду в процессе производства
7.2 Требования к безопасности эксплуатации
7.3 Переработка и вторичная переработка
Глава 8: Рынок и тенденции развития порошка карбида вольфрама
8.1 Обзор мирового рынка
8.2 Тенденции развития технологий
8.3 Перспективы будущего применения
Глава 9: Терминология, стандарты и ресурсы
9.1 Глоссарий терминов, относящихся к порошку карбида вольфрама
9.2 Ссылки и стандарты
9.3 Рекомендуемые ресурсы
Приложение
Приложение A: Микроструктура и анализ характеристик порошка карбида вольфрама
Приложение B: Стандарты размеров частиц и параметров приготовления порошка карбида вольфрама
Приложение C: Сравнение международных и отечественных стандартов, касающихся порошка карбида вольфрама
Предисловие
Как функциональный материал с превосходными характеристиками, порошок карбида вольфрама (WC) стал краеугольным камнем в современной промышленности и передовых технологиях благодаря своей твердости до HV 2000-2500, износостойкости в 10-20 раз лучше, чем у традиционной стали, и температуре плавления до 2870 °C. Его гексагональная кристаллическая структура (постоянная решетки a = 2,906 Å, c = 2,837 Å) и высокая плотность (15,63 г/см³) придают ему непревзойденную механическую прочность и химическую стабильность, что делает его незаменимым в производстве твердого сплава, технологии нанесения поверхностных покрытий, горнодобывающих инструментов, электронной энергетике, аэрокосмической и даже биомедицинской областях.
От острых лезвий промышленных ножей до термостойких покрытий авиационных двигателей, от эффективных катализаторов топливных элементов до прецизионных форм 3D-печати — порошок карбида вольфрама постоянно расширяет границы материаловедения и инноваций промышленных технологий благодаря своей универсальности и высокой производительности.
История открытия и применения порошка карбида вольфрама восходит к химическим исследованиям вольфрама в конце 19 века. В 1893 году французский химик Анри Муассан впервые синтезировал карбид вольфрама посредством реакции высокотемпературной цементации, но в то время это был только лабораторный продукт и не имел промышленного применения.
Настоящий прорыв произошел в 1920-х годах, когда немецкий металлург Карл Шретер обнаружил, что спекание порошка карбида вольфрама с порошком кобальта (Co) (1450-1600 °C, 10-20 МПа) может производить твердый сплав с твердостью, близкой к твердости алмаза (HV 1500-1800) при изучении твердых материалов на основе вольфрама. Это изобретение было запатентовано Osram в Германии в 1923 году и внедрено в промышленность в 1926 году Rheinmetall в Германии для производства режущих инструментов. Впоследствии твердый сплав из карбида вольфрама вышел на рынок под торговой маркой «Widia» (по-немецки «Wie Diamant», что означает «как алмаз»), быстро заменив традиционную быстрорежущую сталь и открыв эру твердого сплава. Исследования порошка карбида вольфрама в Китае начались в 1950-х годах. В 1958 году завод по производству цементированного карбида в Чжучжоу успешно провел испытания первой партии цементированного карбида WC-Co, заполнив внутренний пробел. С тех пор, опираясь на богатые ресурсы вольфрама в Китае (составляющие около 60% мировых запасов, источник данных: USGS 2023), применение порошка карбида вольфрама быстро расширилось в промышленности Китая, охватывая такие области, как машиностроение, горнодобывающая промышленность и национальная оборона.
Вступая в 21 век, с развитием нанотехнологий, поверхностной инженерии и интеллектуального производства, область применения порошка карбида вольфрама еще больше расширилась. По данным CTIA GROUP в 2023 году мировой годовой спрос на порошок карбида вольфрама превысил 60 000 тонн, а объем рынка, как ожидается, превысит 5 миллиардов долларов США к 2030 году со средним годовым темпом роста около 6,5%. Его производственный процесс эволюционировал от традиционного метода высокотемпературной карбонизации (1800-2000 °C, время карбонизации 2-4 часа) до химического осаждения из паровой фазы (CVD, скорость осаждения 0,1-1 мкм /мин), механического легирования (время шаровой мельницы 20-50 часов, размер зерна <50 нм) и других передовых технологий. Размер частиц был уменьшен с микронного уровня (1–5 мкм ) до нанометрового уровня (<100 нм), а удельная площадь поверхности была увеличена до 20–50 м²/г, что значительно повысило эксплуатационные характеристики и потенциал применения материала.
Как автор этой книги, CTIA GROUP LTD ( CTIA GROUP ) и CTIA GROUP ( China Tungsten Online ) были основаны в 1997 году и имеют штаб-квартиру в Сямыне, Китай. Это высокотехнологичные предприятия, сосредоточенные на исследованиях и разработках, производстве и продаже вольфрамовой продукции. С глубоким пониманием китайской вольфрамовой промышленности и более чем 20-летним техническим накоплением, мы стремимся продвигать инновации и применение порошка карбида вольфрама. Мы глубоко убеждены, что систематическое объединение порошка карбида вольфрама в текущей технической литературе все еще недостаточно, особенно отсутствие всеобъемлющей интеграции от базовой науки до передовых приложений. С этой целью данная книга направлена на то, чтобы предоставить академическим исследователям, промышленным практикам и техническим разработчикам авторитетный, подробный и практический справочный материал, чтобы помочь читателям глубоко понять характеристики, процесс производства, технологию анализа и разнообразные применения порошка карбида вольфрама, и в то же время предоставить научную основу и практическое руководство для будущих технологических прорывов. Эта книга представляет собой не только резюме теоретических знаний, но и кристаллизацию нашего многолетнего практического опыта в области порошка карбида вольфрама.
Целевая аудитория этой книги: исследователи в области материаловедения и машиностроения, которые занимаются микроструктурой (размер зерна 10–50 нм) и оптимизацией характеристик (например, вязкость разрушения > 15 МПа·м ¹ / ² ) порошка карбида вольфрама; инженеры в металлургической, машиностроительной и горнодобывающей промышленности, которые ищут решения для повышения срока службы инструмента (износостойкость увеличивается в 5–10 раз) и эффективности; специалисты-практики в области электроники, энергетики и биомедицины, которые изучают применение порошка карбида вольфрама в токопроводящих покрытиях (удельное сопротивление < 10 ⁻⁵ Ом·см ), носителях катализаторов (удельная поверхность > 50 м² / г), а также студенты и технические специалисты, интересующиеся технологией материалов, которые хотят систематически овладеть основными знаниями в этой области. Кроме того, в этой книге содержится информация об отраслевых тенденциях для лиц, принимающих корпоративные решения, и аналитиков рынка, например, прогнозы мирового спроса и направления развития технологий.
С точки зрения методов написания эта книга принимает междисциплинарную перспективу, интегрируя последние достижения материаловедения, химической инженерии, машиностроения и прикладной физики. С точки зрения структуры содержания главы 1–3 знакомят с основными характеристиками, процессом производства и микроструктурным анализом порошка карбида вольфрама (например, положение пика XRD 2θ=35,6° соответствует кристаллической плоскости WC(100)); Глава 4, как фокус книги, подробно обсуждает его применение в цементированном твердом сплаве (твердость HV 1500–2000), поверхностном покрытии (прочность связи>70 МПа), горнодобывающем инструменте (ударная вязкость>25 Дж/см²) и других областях, вплоть до конкретных сценариев и технических данных; Главы 5–6 фокусируются на контроле качества (например, распределении размеров частиц RSD<5%), стандартах и оптимизации производительности (например, легировании Co для повышения прочности); Главы 7–8 посвящены воздействию на окружающую среду (например, выбросам пыли <10 мг/м³), соображениям безопасности и тенденциям рынка; Глава 9 содержит глоссарий и поддержку ресурсов; приложение дополняет микроанализ (разрешение SEM/TEM <1 нм), стандарты размера частиц и сравнения спецификаций. Книга широко цитирует международные стандарты (например, ISO 4499-2:2020, ASTM B430-19), внутренние спецификации (например, GB/T 4295-2008) и новейшую литературу (например, статью 2023 года в Journal of Materials Science), а также дополняет экспериментальными данными, микроскопическими изображениями и анализами случаев для обеспечения научности и практичности содержания.
На волне глобального зеленого развития перспективы применения порошка карбида вольфрама становятся все шире. CTIA GROUP надеется предоставить читателям исчерпывающие технические ссылки и инновационные идеи с помощью этой книги. Мы благодарим Ассоциацию вольфрамовой промышленности Китая, Институт материалов Китайской академии наук и Международную ассоциацию вольфрамовой промышленности (ITIA) за их поддержку и с нетерпением ждем ценных комментариев читателей для постоянного улучшения этой книги.
READ MORE: Порошок карбида вольфрама (TCP) Физические и химические свойства, получение и применение
Customized R&D and Production of Tungsten, Molybdenum Products
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD have been working in the tungsten industry for nearly 30 years, specializing in flexible customization of tungsten and molybdenum products worldwide, which are tungsten and molybdenum design, R&D, production, and overall solution integrators with high visibility and credibility worldwide.
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD provide products mainly including: tungsten oxide products, such as tungstates such as APT/WO3; tungsten powder and tungsten carbide powder; tungsten metal products such as tungsten wire, tungsten ball, tungsten bar, tungsten electrode, etc.; high-density alloy products, such as dart rods, fishing sinkers, automotive tungsten crankshaft counterweights, mobile phones, clocks and watches, tungsten alloy shielding materials for radioactive medical equipment, etc.; tungsten silver and tungsten copper products for electronic appliances. Cemented carbide products include cutting tools such as cutting, grinding, milling, drilling, planing, wear-resistant parts, nozzles, spheres, anti-skid spikes, molds, structural parts, seals, bearings, high-pressure and high-temperature resistant cavities, top hammers, and other standard and customized high-hardness, high-strength, strong acid and alkali resistant high-performance products. Molybdenum products include molybdenum oxide, molybdenum powder, molybdenum and alloy sintering materials, molybdenum crucibles, molybdenum boats, TZM, TZC, molybdenum wires, molybdenum heating belts, molybdenum spouts, molybdenum copper, molybdenum tungsten alloys, molybdenum sputtering targets, sapphire single crystal furnace components, etc.
For more information about tungsten chemical products please visit the website: tungsten-powder.com
If you are interested in related products, please contact us:
Email: sales@chinatungsten.com
Tel: +86 592 5129696 / 86 592 5129595
