نظرًا للخصائص "المزدوجة العالية" للصلابة العالية والمتانة العالية، فقد تم توسيع نطاق تطبيق الكربيدات ذات الحبيبات متناهية الصغر، مما أدى إلى تطوير كربيد التنغستن (WC)، المادة الخام الرئيسية للكربيدات، نحو جزيئات متناهية الصغر. وهذه حقيقة لا يمكن إنكارها. ومع ذلك، تمتلك المراحيض ذات الحبيبات الخشنة سلسلة من المزايا مثل عدد أقل من عيوب البنية المجهرية، والصلابة الدقيقة العالية، والإجهاد المجهري المنخفض. ونتيجة لذلك، فإنها تجد تطبيقات واسعة في أدوات التعدين، وأدوات حفر البترول، والآلات الهندسية، وقوالب الختم، وتقنيات السطح الصلب. على وجه الخصوص، تطور تطبيقه في تكنولوجيا الأسطح الصلبة بسرعة في السنوات الأخيرة، مثل إنتاج قضبان اللحام من نوع الأنابيب، والأقطاب الكهربائية، ومساحيق اللحام بالرش باستخدام المراحيض ذات الحبيبات الخشنة. تم تحديد المراحيض ذات الحبيبات الخشنة باعتبارها مادة ذات أسطح صلبة مقاومة للتآكل وفعالة من حيث التكلفة، وهي ذات أهمية كبيرة في تحسين كفاءة المعدات الميكانيكية والحفاظ على المواد المعدنية.

تتضمن الطريقة التقليدية لإنتاج المراحيض ذات الحبيبات الخشنة الخطوات التالية: يتم اختزال WO₃ عند درجة حرارة عالية للحصول على مسحوق التنغستن الخشن، والذي يتم إخضاعه بعد ذلك للكربنة بدرجة حرارة عالية لإنتاج المراحيض ذات الحبيبات الخشنة. يبلغ حجم المرحاض الناتج عن هذه العملية حوالي 22 ميكرومتر. سيطرت هذه الطريقة على الصناعة المحلية لفترة طويلة.

تطوير أساليب الإنتاج

في العقد الماضي، كانت هناك تحديثات مستمرة في طرق تصنيع مسحوق المرحاض الخشن الحبيبات، بما في ذلك:

الطريقة الأولى لمسحوق المرحاض ذو الحبيبات الخشنة

الكربنة ذات درجة الحرارة العالية لمسحوق التنغستن المتوسط أو الناعم: يمكن لهذه العملية إنتاج حبيبات WC الخشنة بحجم جسيمات يتراوح بين 7-8 ميكرومتر.

الطريقة 2

طريقة MACEO (النقش الكيميائي للأكسجين بمساعدة الميكروبلازما): يمكن لهذه العملية إنتاج مسحوق WC خشن للغاية بحجم منخل أكبر من 40 شبكة. ومع ذلك، فهو يتطلب معالجة خاصة وتنقية الشوائب قبل استخدامه لتصنيع الكربيدات.

الطريقة 3

طريقة كربنة الكوبالت والنيكل: تستخدم هذه العملية كمية صغيرة من الكوبالت والنيكل لتسريع تكوين كربيد جزيئات التنغستن وتعزيز النمو السريع لحبوب WC. باستخدام هذه الآلية، يمكن إنتاج مرحاض ذو حبيبات خشنة بحجم جسيم يبلغ 22 ميكرومتر عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا.

الطريقة 4

تصنيف مسحوق المرحاض الخشن الحبيبات: تتضمن هذه الطريقة استخدام تقنيات مثل فصل الأعاصير، أو تصنيف الطبقة المميعة، أو تصفية السائل، أو النخل لفصل الجزيئات الكبيرة التي تحتوي على الماء المراحيض والكربون الحر من المرحاض. وهذا لا يؤدي إلى تضييق نطاق توزيع حجم الجسيمات فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين جودة مسحوق المرحاض عن طريق زيادة محتوى الكربون المركب وتقليل محتوى الكربون الحر.

مع استمرار توسيع نطاق تطبيق المراحيض ذات الحبيبات الخشنة، لا يمكن تلبية الطلب على الكربيد الخشن بحجم جسيمات أكبر من 22 ميكرومتر. ولذلك، يصبح من الضروري تطوير منتجات مرحاض جديدة ذات حبيبات خشنة بحجم جسيمات أكبر من 30 ميكرومتر. بعد عدة سنوات من الاستكشاف، نجحنا في تجربة الطريقة المضافة لإنتاج مسحوق WC ذو الحبيبات الخشنة بحجم جسيم أكبر من 30μm. تتميز هذه الطريقة بمزايا العملية البسيطة والمجدية، والتشغيل السهل، واستخدام خطوط الإنتاج الحالية دون الحاجة إلى معدات إضافية، ودرجات حرارة العملية المنخفضة التي توفر الطاقة وتطيل عمر معدات المعالجة، والنقاء العالي للمنتج المنتج دون الحاجة إلى المضافات المتبقية. تبلور الجسيمات سليم، وتوزيع حجم الجسيمات موحد، بما يتوافق مع الإنتاج الطبيعي لمراحيض الكربيدات.

الطريقة التجريبية والنتائج

استخدمت التجربة أكسيد التنغستن الأزرق، الذي ينتجه مصنعنا، كمادة خام. بعد إضافة المادة المضافة بشكل موحد، تم إخضاعها لتخفيض الهيدروجين المستمر في فرن عند درجات حرارة تتراوح من 900 إلى 1100 درجة مئوية، مما أدى إلى إنتاج مسحوق التنغستن (W). بعد الكربنة بمحتوى مناسب من الكربون، تم إخضاع مسحوق التنغستن أيضًا لعملية الكربنة لمدة ساعة واحدة عند حوالي 2000 درجة مئوية في فرن أنبوب الكربون المستمر للتسخين المباشر. تم الحصول على مسحوق WC ذو الحبيبات الخشنة بعد طحن الكرة وسحقها.

يتم عرض خصائص المادة الخام، التنغستن الأزرق (W)، في الجدول 1. ويمكن العثور على خصائص المنتج الوسيط، مسحوق التنغستن (W)، في الجدول 2. وترد خصائص المنتج النهائي في الجدول 3 .

باستخدام 1# WC مع ما يقرب من 10% Co في العملية التقليدية، يكون أداء الكربيد المنتج كما يلي: قوة 2560 نيوتن / مم²، صلابة 86.5 (HRA)، كثافة 14.42 جم / سم مكعب، كثافة التدفق المغناطيسي 5300 أمبير / م²، وحجم حبيبات المرحاض 3.5 ميكرومتر.

 

تحليل النتائج التجريبية

توضح النتائج التجريبية المذكورة أعلاه أن المادة المضافة المستخدمة في عمليات الاختزال وتكوين كربيد التنغستن تزيد بشكل كبير من حجم حبيبات مسحوق التنغستن وجزيئات كربيد التنغستن. ونتيجة لذلك، فإن الخصائص الفيزيائية المختلفة لمسحوق التنغستن ومسحوق كربيد التنغستن تخضع لتغييرات كبيرة.

بالمقارنة مع المنتجات التي لا تحتوي على مادة مضافة، فإن إضافة المادة المضافة يمكن أن يزيد حجم جسيمات مسحوق التنغستن بمقدار 3.5 إلى 4.5 مرات وحجم جسيمات مسحوق كربيد التنغستن بمقدار 2.5 إلى 3.0 مرات. في نطاق التجربة، درجة حرارة العملية لها تأثير كبير على حجم الجسيمات من مسحوق التنغستن وكربيد التنغستن. ومع ذلك، فإن الاختلاف في المحتوى الإضافي ليس له تأثير كبير على حجم الجسيمات من مسحوق التنغستن ومسحوق كربيد التنغستن.

استكشاف أولي لآلية التنشيط

تشير النتائج التجريبية إلى أن المادة المضافة تعزز نمو جزيئات الماء، خاصة خلال مرحلة اختزال التنغستن. ومع ذلك، أثناء عملية تكوين الكربيد، لا يزيد حجم جسيمات المنتج، بل يتناقص قليلاً في الواقع.

من المعروف أن اختزال التنغستن الأزرق (المكون بشكل أساسي من WO₂go) إلى مسحوق التنغستن يمر بعدة مراحل: WO₂go → WO₂n → WO₂ → W. أثناء مراحل WO₂go → WO₂، يحافظ المنتج بشكل عام على مورفولوجيا الجسيمات الخاصة بسلفه. ومع ذلك، خلال مرحلة WO₂ → W، تخضع جميع الجزيئات تقريبًا لتغيير كبير في التشكل وهناك تباين كبير في حجم الجسيمات. ويمكن أن يعزى ذلك إلى سببين رئيسيين: أولا، يؤدي تحول مرحلة الحالة الصلبة أثناء عملية الاختزال إلى كسر الجسيمات وصقلها؛ ثانيًا، تؤدي آلية التطاير ← التخفيض ← الترسيب إلى خشونة الجسيمات.

 

نحن نعتقد أن وجود المادة المضافة لا يعزز فقط عملية التطاير ← الاختزال ← الترسيب عن طريق إنشاء قناة إضافية لتكوين WOxnReO (الغاز)، ولكنه أيضًا يمنع كسر الجسيمات أثناء بعض تحولات طور الحالة الصلبة التي تحدث أثناء عملية الاختزال. . يؤدي هذا إلى تفاقم عملية خشونة وصقل منتجات الاختزال الوسيطة. ونتيجة لذلك، تزيد المادة المضافة من العدد الأساسي لجزيئات مسحوق التنغستن التي تخضع للنمو وتكثف دورة إعادة الأكسدة ← التطاير ← الاختزال ← ترسيب جزيئات مسحوق التنغستن الدقيقة. هذه هي الآلية التي يتم من خلالها تنشيط المادة المضافة وتعزيز نمو جزيئات مسحوق التنغستن أثناء عملية الاختزال.

 

ملخص والقضايا الراهنة في هذه الدراسة

لوحظ أن ظروف عملية كربيد مسحوق التنغستن الموصوفة في الورقة ليست مثالية تمامًا. ونتيجة لذلك، تحتوي بعض الجزيئات الخشنة في المنتج النهائي لمسحوق المرحاض على شوائب W₂C في قلبها، وهو ما يمثل حوالي 2.4% من إجمالي الجزيئات، كما هو موضح في الشكل 1. لذلك، هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات في عملية الكربيد من أجل التأكد من ملاءمتها لإنتاج الكربيدات.