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【成果推荐】 高性能金属钨制品精密制备技术及应用
来源:矿冶园 2023-05-17 259
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    摘要:近日,北京科技大学秦明礼团队的“高性能金属钨制品精密制备技术及应用”项目,获得了2018年度高校科学研究优秀成果奖,有效解决了复杂形状钨制品难以制造的难题。

    钨丝钨钢,用途广泛

    钨是属于有色金属,是国际上重要的战略金属。1783年,西班牙人德普尔亚用碳还原三氧化钨第一次得到了钨

    钨,是瑞典化学家社勒在178l年用酸分解钨酸时发现的。纯钨是银白色的金属,只有粉末状或细丝状的钨才是灰色或黑色的。电灯泡用久了会发黑,便是由于灯泡内壁有一层钨的粉末。

    钨的最大的用途,并不是制造灯丝,而是制造钨钢。全世界每年有90%的钨是用于制造钨钢。在我国古代,常有所谓“削铁如泥”的宝刀,《水浒》里说把头发放在“青面兽”杨志的那把宝刀的刀刃上一吹,头发便断成两半。这些传说固然有夸张之处,不过,的确有些刀是格外锋利的。据现代用化学方法分析,在这些钢刀之所以锋利异常,是因为其中含有钨。

    于是,人们便把钨矿和铁矿放在一起,炼成钨钢。钨钢继承了钨耐高温的这一特点,并有着良好的弹性和机械强度,被广泛用于矿山、冶金、机械、建筑、交通、电子、化工、轻工、纺织、军工、航天、科技等各个领域。近年来,随着钨被广泛应用,高性能金属钨的制备成为了亟待解决的问题。

    四大亮点,解决难题

    近日,秦明礼项目组针对电真空、通讯、原子能等领域对高性能复杂形状钨制品的需求,在国家973计划、国家自然科学基金、民口配套等项目支持下,突破了特种原料粉末制备、粘结剂设计、精密成形和烧结金属微观组织与性能调控等关键技术,建立了具有自主知识产权的高密度金属钨制品、多孔金属钨制品的粉末注射成形系统工艺,有效解决了由于钨硬度高、脆性大而造成的复杂形状制品难以制造的难题,实现了高性能复杂形状金属钨制品的高效精密制造。这一项目成果主要有四大发明点:

    1、开发出了一种溶液燃烧合成纳米钨基粉末新方法,制备出分散性好、掺杂均匀、烧结活性高的纳米稀土氧化物掺杂钨基粉末,满足了高性能钨制品注射成形对原料粉末的要求;

    2、开发出一种细粒度球形钨粉的制备新方法,先采用高能气流对钨粉进行“整形”和“分级”处理,再采用高温等离子对处理粉体球化,大大提高了粉体的球化率和收成率,制备出窄分布、细粒度的球形钨粉,满足了异型多孔钨制品注射成形对原料粉末的需求;

    3、设计出适合钨粉注射成形的粘结剂体系及其脱除工艺,该粘结剂强度高、流动性好、易于脱除,很好地解决了坯体的成形性、保形性、残碳和增氧等问题;

    4、发展了注射成形钨制品的致密化以及微观组织与性能调控理论和工艺,制备出晶粒细小、性能优异的高致密钨制品,以及孔隙均匀且连通度好的异型多孔钨制品。

    国际领先,前景广阔

    秦明礼教授团队

    据悉,该项目组为我国高端装备提供了多种关键产品,相关技术已在多家企业实现产业化,取得了显著的社会和经济效益。相关成果申请了国家发明专利30项,其中获授权21项。由聂祚仁院士等7位材料领域的同行专家组评价说:“该成果创新性突出,应用成效明显,整体技术达到国际领先水平”。

    与此同时,该项目成果开发出的高性能金属钨制品的近终形制备技术,不仅为相关武器系统的高性能化、小型化和低成本化提供了有力保证,而且将为我国优势钨资源的推广应用提供了技术保障。此外,这一成果开发的相关技术原理和配方还可以用于钼、铼、铌等难熔金属及其合金的注射成形,具有重大社会和经济效益,推广应用前景广阔。

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