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  • W-MMC Metal Matrix Composites

钨基复合材料

W-MMC 金属粉末

钨基金属基体复合材料 (W-MMC) 特别结合了钨的特殊性能与其他金属的性能。钨是所有金属中熔点最高的金属,适用于具有极高温度要求的应用。极低的热膨胀系数和较高的尺寸稳定性也是钨的亮眼特征。我们将钨与其他金属结合起来,特意影响和补充这些特性。通过这种方式制成了具有特殊性能的钨基金属基体复合材料,包括钨重金属 (WHA) 和钨铜复合材料:DENSIMET®、INERMET®、DENAL®、WCu 和 SPARKAL®。

钨基复合材料概览:

组织图

    

钨基金属基体复合材料近乎理想地结合了高密度和机械性能。这种材料具有的一大优势是良好的机械加工性能。

W-MMC 材料的材料强度
材料比较:强度与密度

  

定制化解决方案和研发支持

我们利用粉末冶金法生产钨基金属基体复合材料。这项技术让我们能够灵活地在制造过程中专门调整材料的微观结构。因此,我们可以根据客户的具体应用提供性能经过优化的材料。此外,我们还可以针对广泛的材料成分进行生产,例如生产接触材料碳化钨银 (WCAg)。

我们有一支经验丰富的研发专家团队,他们在多个地点与我们的客户合作制定定制化解决方案。我们会模拟材料在生产和应用过程中的性能,研究化学和物理工艺,并在客户紧密配合下通过具体试验来检验研究结果。我们的研发中心完全融入我们的生产运营,可保证最大灵活性和最高效率。我们协作无间,能够满足客户的个性化需求。我们的使命是在开发优质材料方面保持先行之姿,为我们的客户提供强劲的竞争优势。

材料范围

标准产品所用 W-MMC 材料概览:

 

材料 名称 化学成分 [%] 标称
密度
ASTM-B-777/07
等级
W 剩余物
弱铁磁性
DENSIMET® 170 D170 90 Ni、Fe 17.0 1
DENSIMET® 176 D176 92.5 Ni、Fe 17.6
2
DENSIMET® 180 D180 95 Ni、Fe 18.0 3
DENSIMET® 185 D185 97 Ni、Fe 18.5 4
DENSIMET® 188 D188 98.5 Ni、Fe 18.8  
DENSIMET® D2M D2M 90 Ni、Mo、Fe 17.3  
顺磁性
INERMET® 170 IT170 90 Ni、Cu 17.0 1
INERMET® 176 IT176 92.5 Ni、Cu 17.6 2
INERMET® 180 IT180 95 Ni、Cu 18.0 3
         
DENAL® 高特性型锻 92 Ni、Fe、Co 17.6  
DENAL® 高特性型锻,不含钴 91.7 Ni、Fe 17.55  
DENAL® 高特性 91 Ni、Co 17.5  
         
WCu WCu10 90 Cu、(Ni) 17.1  
WCu WCu15 85 Cu、(Ni) 16.4  
WCu WCu20 80 Cu、(Ni) 15.5  
         
SPARKAL® SPARKAL® X 75 Cu 14.8  
SPARKAL® SPARKAL® X FIN 80
Cu、Ni 15.6  

除了上面列出的标准材料,我们还提供众多定制材料。我们的材料专家很乐意为您提供帮助,根据您的具体要求开发理想的材料组合。

选择合适的材料需要充分掌握应用方面的知识。可能有以下重要标准:

  • 物理特性
    (例如密度、辐射屏蔽性能、热导率、热膨胀系数、熔点、电导率、耐电弧烧蚀性、磁化强度)
  • 机械特性
    (例如强度、断裂性能、蠕变性能、延展性)
  • 化学特性
    (耐腐蚀性和抗氧化性)
  • 可加工性
    (机械加工性、可成形性、可焊性)

采用合适的材料成分和制造工艺,可以基于钨实现各种特性。结果:可根据各自应用定制的具有不同特性的金属基体复合材料。

材料特性

   

特性

独特特性

Plansee 已开发出多种具有不同特性的复合材料。每种材料都具有特殊的特性组合,因此是独一无二的,不同于任何其他材料。我们最常用材料的优点有:

  • DENSIMET® 和 INERMET® 的特性

    Plansee DENSIMET® 和 INERMET® 复合材料是具有高钨含量 (> 90%) 和 NiFe 或 NiCu 粘结相的钨重金属。DENSIMET® 和 INERMET® 不仅有相当高的密度,还有吸收辐射的能力以及出色的机械性能和可加工性,是航空航天、汽车工业、医疗技术和建筑工业等领域中广泛应用的理想材料。

    DENSIMET® 和 INERMET® 的优势

    • 17.0 至 18.8 g/cm3 的高密度(类似于纯钨)
    • 比纯钨更好的可加工性
    • 复杂产品和部件的生产经济实惠
    • 弹性模量高,机械特性出色
    • 对 X 射线和伽马射线的吸收能力高
    • 对人类健康和环境无害

    DENSIMET® 还具有出色的强度和延展性,INERMET® 则还具有非磁性特性这个明显优势。

    机械特性 — 典型值:
     

      D170 IT170 D176/W IT176 D180 IT180 D185
    弹性模量 E [GPa] 340 330 360 350 380 360 385
    刚性模量 G [GPa] 140 125 145 135 150 140 160
  • DENAL® 的特性

    DENAL® 包含适合各种应用的定制材料,这些材料实现了高强度和延展性之间的理想平衡。DENAL® 尤其适用于穿甲弹等国防工业产品。

    DENAL® 材料概览:

    材料 密度
    [g/cm3]
    屈服强度
    [MPa]
    ø/min.
    抗拉强度
    [MPa]
    ø/min.
    断裂伸长率
    [%]
    ø/min.
    K (5x5)
    夏比试验
    [J/cm2]
    ø/min.
    Denal® 高特性型锻
    Denal®
    920 60 20
    17.6 1250/1180 1250/1180 14/9 100/60
    Denal®
    920 159 20
    17.6 1460/1400 1460/1400 11/8 150/100
    Denal®
    910 179 20
    17.5 1640/1600 1640/1600 10/7 100/60
    Denal® 高特性型锻,不含钴
    Denal®
    917 108 XXX (1)
    17.55 1280/1220 1315/1255 12/8.5 170/105
    Denal®
    917 108 XXX (2)
    17.55 1410/1350 1435/1375 11/7 150/70
    Denal®
    917 108 XXX (3)
    17.55 1510/1450 1525/1465 8/5 60/30
    Denal®
    910 XXX 20
    17.5 1800/1720 1800/1720 4 -
    Denal® 高特性
    Denal®
    900-120-25
    17.2 700 1000 35 300
    Denal®
    920-120-25
    17.6 720 1030 29 150
    • 极限抗拉强度(平均值)

  • 钨铜的特性

    钨铜结合了钨出众的耐高温性能以及铜优良的导电性和导热性。

    Wcu 材料的优势:

    • 出色的耐电弧烧蚀性
    • 高电导率
    • 高强度
    • 良好的可加工性
    • 高热导率
    • 良好的热膨胀性

    使用特殊的化学性能组合,可以根据需要优化电导率、热导率、热膨胀系数和电弧腐蚀率等特性。

    我们的 WCu 材料在 20℃ 时的典型特性:

    材料
    [wt%]
    密度
    [g/cm³]
    CTE
    [ppm/K]
    TC
    [W/mK]
    WCu10 17.1 6.4 195
    WCu15 16.4 7.3 215
    WCu20 15.5 8.3 235
  • SPARKAL® 特性

    SPARKAL® 材料由特殊的钨铜成分制成。开发该材料是为了满足电火花腐蚀 (EDM) 的要求。因此 SPARKAL® 电极在多方面优于常规电极材料。

    下面列出了这些材料在特定几何形状和尺寸下的物理和机械特性的典型值:

      SPARKAL® X SPARKAL® X FIN
    化学成分 (%) W 75
    Cu 25
    W 80
    CuNi 20
    密度 (g/cm3) 14.8 15.6
    硬度 (HV 5) 240 270
    电导率 (% IACS) 40 20
    电阻率 (µΩ cm²/cm) 4.3 8.4
    弹性模量 (MPa) 250,000 280,000
生产过程

生产方法:粉末冶金法!

我们由钨基金属基体复合材料制成的产品采用粉末冶金技术制造。从粉末到成品的所有生产阶段都满足 Plansee 的质量标准,超过 ISO 9001 的要求。

钨重金属的生产工艺

为了制造 DENSIMET® 和 INERMET®,金属粉末的混合物经过压制和液相烧结,获得致密的固体材料。根据客户的图纸,烧结产品可以作为半成品(如板材和棒材)、近净成形产品或成品提供。如果需要,DENSIMET® 和 INERMET® 成分可以进行成型和热处理方法加工,以便满足具体的应用要求。

Plansee DENSIMET® 和 INERMET® 材料符合 AMS-T-21014、AMS 7725 版本 E 和 ASTM-B-777-99 (MIL-T-21014) 规范。

DENSIMET® 和 INERMET® 产品制造过程示意图:

Densimet 和 Inermet 的制造工艺

DENAL® 是一种先进的钨重金属系列,适用于动能穿甲弹。DENAL® 可以制成多种长度和直径的棒材,具体长度和直径会直接影响到对靶材的穿透性能。DENAL® 适用于大中口径弹药规格;还针对某些客户的环境条件提供其无钴版本。DENAL® 机械性能可根据客户产品规格进行调整,在单个产品中实现工业效率与极端条件抵抗力之间的理想平衡。

钨铜材料的生产工艺

我们的 WCu 材料也由金属粉末制成。从粉末到成品的所有生产阶段都在内部进行,并且都满足 Plansee 超过 ISO 9001:2000 和 AS/EN/JISQ 9100 规定的质量标准。

制造 WCu 产品(例如 SPARKAL® EDM 电极)的基本步骤是渗透:

在两段制造过程中,首先由钨制成多孔烧结基材,然后用液化铜渗透开孔。烧结后,便可根据客户的个性化要求加工产品。

这种方法使各个部件的特性保持不变。使用显微镜检查,验证每个部件的特性保持不变。不过,从宏观来看,各部件的特性是结合在一起的。例如,新材料的热导率和热膨胀值可能发生了变化。

Wcu 和 SPARKAL® 产品制造工艺示意图:

WCu 和 Sparkal 制造工艺

另一种生产工艺是连铸:

连铸材料同时结合了两种不同材料成分的材料特性。在此工艺中,材料本身保持其原始状态,仅在薄结处结合。金属在模具中熔化形成只有几微米大小的结合部位。与焊接和烧结方法不同,这种方法既可保证 100% 的连接,又可确保理想的热传导。

 

可持续发展

负责任地铸就未来 — 始于 1921 年

绿色技术

早在 1921 年,Plansee 就选择专攻难熔金属的粉末冶金生产这一公认的绿色技术。

在生产和加工材料时,我们努力将对环境的影响降到最低。我们始终关注材料使用、能源消耗和排放等议题。我们的近净成形制造工艺可以用实现高产出。这样可以减少浪费并节省资源。

我们的《环境和质量指南》中总结了我们遵循的标准。

原材料取自无冲突来源

作为世界难熔金属制造商中的佼佼者,我们肩负着重大责任。我们特别注重负责任地采购原材料,确保原材料完全取自无冲突来源。因此,我们竭力确保我们采购或使用的任何原材料不会来自在社会、道德或生态方面存有争议的地区。

可持续发展是贯穿我们采购政策的口号,在我们的行为准则中进行了定义。

我们只选择符合严格的采购指南要求和我们的供应商政策的供应商。供应商不仅要证明原材料符合我们严格的质量要求,还必须全力尊重人权、劳动法和国际贸易法,提供证据证明其原材料来自“无冲突”来源且符合严格的环境要求。我们参与了经济合作与发展组织 (OECD) 开展的一项试点研究,并实施了《受冲突影响和高风险地区矿产负责任供应链尽职调查指南》。

此审计流程是负责任矿产保证流程 (RMAP) 下游审计计划的一部分,该计划是由负责任商业联盟(RBA;前身为 EICC)和全球电子可持续发展倡议 (GeSI) 推动的一项联合行动,是由 Plansee 自愿承担的义务。对我们、客户和供应商而言,这代表了我们遵守负责任矿产保证流程 (RMAP) 的独立确认。

在 2018 年重新审计后,负责任商业联盟 (RBA) 和全球电子可持续发展倡议 (GeSI) 的审计委员会确认,Plansee Group 公司旗下位于托旺达的 Global Tungsten & Powders (GTP) 对钨的采购遵守 RMAP 要求。对于 Plansee 的客户,此证书提供了 Plansee Group 从负责任的来源采购钨的独立证明。

有关可持续发展话题的更多信息

贯穿全过程的回收利用

回收利用标识

Plansee 非常重视在整个生产过程中尽力节约使用资源。因此,近净成形生产起到了十分重要的作用。尽管如此,仍无法完全避免生产浪费和材料退货。这些材料经过化学和热机械处理,可在公司自有回收设施中重复使用。

同时,环境并不是唯一的考虑因素。利用这些“二次原料”还有很好的经济理由:

  • 供应安全性
  • 谨慎使用自然资源

我们的内部科学家团队不断微调所采用的方法和流程,并保证只获得最优质的粉末。特别是在钨的使用中,大部分材料需求都通过回收来满足。回收过程的输入材料包括烧结硬质碳化钨废料、粉末和研磨污泥等软废料,以及其他钨含量不低于 60% 的二次原料。为了让我们能够对尽可能多的废料进行再加工,我们与许多客户签订了长期回收协议。

产品范围

我们在线提供以下标准产品和尺寸:

DENSIMET® D176
棒材 Ø 6–62 mm 长度:320–700 mm
SPARKAL® X
棒材 Ø 8–90 mm 长度:230–350 mm
方材 Ø 8 x 8–50 × 50 mm 长度: 350 mm
扁材 3 x 75–25 × 75 mm
(厚度 x 宽度)
长度:350 mm
SPARKAL® X FIN
管材 Ø 0.5–6 mm 长度:175 mm
棒材 Ø 0.5–6 mm 长度:175 mm

如果您对其他 W-MMC 材料的定制尺寸或半成品感兴趣,请联系我们。

网上商店

在我们的网上商店中,您可以快捷地订购尺寸可配置的板材、棒材、带材、丝材以及其他产品。

您可在 Plansee 网上商店浏览我们的产品

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您想详细了解我们的钨基金属基体复合材料吗?您想了解有关加工、连接技术和表面处理的更多信息吗?请查阅我们的材料手册或安全数据表。

手册:钨基金属基体复合材料
其他材料
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