Порошок вольфрама

Порошок вольфрама — мелкодисперсный металлический полуфабрикат тёмно-серого цвета, основной промышленный продукт переработки вольфрамового сырья. Из него производят карбид вольфрама, компактный вольфрамовый прокат, тяжёлые сплавы и легирующие добавки для специальных сталей. Температура плавления вольфрама 3422 °C делает плавку экономически нецелесообразной для большинства применений: почти все изделия получают методами порошковой металлургии — прессованием и спеканием.

Производство вольфрамового порошка

Основной промышленный способ — водородное восстановление триоксида вольфрама WO₃ (вольфрамового ангидрида) при температуре 700–900 °C. Водород реагирует с кислородом оксида, выделяя металлический вольфрам в виде порошка. Дисперсность (размер частиц) регулируется температурой восстановления, скоростью подачи водорода и толщиной слоя шихты: более высокая температура и медленная подача дают более крупное зерно. Таким образом из одного сырья получают марки с разным размером частиц.

Высокочистые марки (ПВЧ, ВЧДК) получают из особо чистого сырья по ужесточённым режимам, иногда с дополнительным рафинированием.

Марки порошка вольфрама и нормативная документация

Номенклатура вольфрамовых порошков в России регламентируется несколькими техническими условиями в зависимости от назначения и степени чистоты.

Основные марки по ТУ 48-19-72-92: ПВВ, ПВН, ПВТ

ТУ 48-19-72-92 охватывает три марки общего назначения, предназначенные для производства компактного металла и твёрдых сплавов:

• ПВВ — порошок вольфрамовый высокоактивный (мелкодисперсный);
• ПВН — порошок вольфрамовый низкоактивный (среднезернистый);
• ПВТ — порошок вольфрамовый технический.

Внутри каждой марки ТУ предусматривает сорта А, В, С с конкретными диапазонами размеров частиц и сорт D с расширенным диапазоном — для менее критичных применений (см. таблицу дисперсности ниже).

Специальные и высокочистые марки

Помимо основных трёх марок, выпускаются порошки для специфических технологических задач:

• ПВЧ (ТУ 48-19-57-91) — вольфрам высокой чистоты, W ≥ 99,99%, средний размер частиц 3,5–6,0 мкм;
• ВЧДК (ТУ 48-19-70-84) — вольфрам чистый крупный, применяется в радиотехнических и специальных изделиях;
• ПВТ-У (ТУ 48-19-352-91) — порошок технический улучшенного качества с суженными допусками на примеси;
• ПВП-1, ПВП-2 (ТУ 48-19-71-78) — порошки для плазменного напыления, выпускаются в нескольких фракциях;
• ПВК3, ПВ-0, ПВ-1 (ТУ 48-19-101-84) — порошки повышенной чистоты;
• ВН-5, ВН-8 (ТУ 48-19-108-74) — порошковые смеси вольфрам–никель (5% и 8% Ni соответственно), исходное сырьё для тяжёлых сплавов;
• W 1,35; W 4,0; W 6,1; W 9,5; W 16,5 (ТУ 48-19-417-86) — порошки для твёрдых сплавов; цифра в маркировке — средний размер частиц по Фишеру в мкм;
• ПВФА, ПВФБ, ПВРА, ПВРБ, ПВУА, ПВУБ — активированные (легированные) порошки с добавками для производства нитей накаливания и высокотемпературных нагревательных элементов.

Химический состав порошка вольфрама

Химический состав трёх основных марок по ТУ 48-19-72-92 (массовая доля, %). Содержание вольфрама определяется как разность 100% и суммы нормируемых примесей без учёта кислорода и влаги.

Примечание: прочие примеси, не вошедшие в таблицу, относятся к категории неопределяемых и не являются браковочным признаком.

Дисперсность и насыпная плотность

Дисперсность — основная технологическая характеристика порошка. Размер частиц определяется методом Фишера (FSSS, средний поверхностно-объёмный диаметр) и нормируется по сортам. Для карбидизации и производства твёрдых сплавов с мелким зерном требуется ПВВ сорта А или В; для стандартного проката — ПВН и ПВТ.

Содержание зёрен размером более 4 мкм в марке ПВН не должно превышать 40% по массе. Насыпная плотность марок ПВН и ПВТ нормируется в диапазоне от 3,0 г/см³; для марки ПВВ этот показатель определяется справочно и браковочным признаком не является.

Применение вольфрамового порошка по маркам

Карбидизация и производство твёрдых сплавов

Это основное направление потребления вольфрамового порошка. Порошок смешивают с углеродной сажей в расчётном соотношении и карбидизируют при температуре от 1300 °C в водородной среде, получая карбид вольфрама WC (содержание углерода 6,1% по массе). Карбид затем смешивают с порошком кобальта, прессуют и спекают при температуре ниже температуры плавления карбидов — так получают твёрдые сплавы группы ВК. Для этого направления применяются прежде всего марки ПВВ и ПВН, а также фракционированные порошки W 1,35–W 16,5 по ТУ 48-19-417-86: размер исходных частиц вольфрама прямо определяет зернистость карбида и конечную твёрдость сплава. Более мелкие сорта (ПВВ, W 1,35–W 4,0) дают субмикронный WC для сплавов с высокой твёрдостью; крупные фракции (W 9,5–W 16,5) — для сплавов с повышенной вязкостью. Подробнее о порошках для смесей вольфрам–кобальт — на странице Порошок вольфрам–кобальт.

Порошковая металлургия компактного вольфрама

Из порошка прессуют штабики, которые спекают в водородной атмосфере при 1200–1300 °C, затем дополнительно уплотняют электропропусканием при температуре около 3000 °C. Плотные заготовки служат исходным материалом для горячей прокатки и волочения на листы, ленты, проволоку, прутки и сварочные электроды. Для изделий с мелкозернистой структурой (тонкая проволока, фольга) используют ПВВ; для стандартного проката — ПВН; для изделий технического назначения — ПВТ. Высокочистый ПВЧ применяют там, где примесный состав критичен: высоковакуумные нагреватели, мишени для рентгеновских аппаратов, термоэмиссионные катоды. Активированные марки (ПВФА, ПВФБ, ПВРА, ПВРБ и аналоги) обеспечивают рекристаллизационную стойкость нити при длительной работе при высоких температурах — нити накаливания и нагревательные спирали из них дольше сохраняют форму.

Примером конечной продукции этого производственного цикла служит лантанированный вольфрам ВЛ — прокат из легированного вольфрамового порошка.

Прочие области применения

Вольфрамовый порошок также используется как легирующая добавка при выплавке быстрорежущих и жаропрочных сталей и сплавов (марки ПВТ, ПВЧ); для плазменного напыления износостойких вольфрамовых покрытий на металлические и керамические подложки (ПВП-1, ПВП-2); как компонент порошковых смесей для тяжёлых сплавов типа ВНЖ и ВНМ (порошки ВН-5, ВН-8); для металлизации керамики.

Охрана труда: класс опасности и меры защиты

Порошок вольфрама относится к 4-му классу опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007. Основной риск — ингаляционный при работе с тонкодисперсными фракциями: пыль раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз; при систематическом воздействии возможны хронические изменения органов дыхания. Работа с порошком требует вытяжной вентиляции, применения респираторов (не ниже класса FFP2), защитных очков и перчаток. Порошок пожаровзрывобезопасен в стандартной таре при соблюдении условий хранения.

Упаковка и условия поставки порошка вольфрама

Стандартная фасовка — запаянные жестяные банки по 25 кг, упакованные попарно в деревянную тару с прокладками. Допускается упаковка в полиэтиленовый мешок по 40 кг в картонном барабане. Порошок хранят в сухом отапливаемом помещении, исключая повреждение тары и попадание влаги. Срок хранения зависит от марки и составляет от 6 до 24 месяцев с даты изготовления. Поставка возможна стандартными партиями и в мелкой фасовке по согласованию. Для уточнения наличия конкретных марок и сортов — заполните заявку на сайте.