Menu treści
● Co to jest węglika wolgiałowe?
>> Skład i właściwości
>> Proces produkcyjny
>> Rodzaje węglików wolframowych
>> Zastosowania węglika wolframowego
● Jak działają detektory metalu
>> Czynniki wpływające na wykrywanie metalu
● Czy wykrywacze metali mogą wykryć węglika wolframowe?
>> Przewodność elektryczna
>> Kompozycja i spoiwa
>> Czułość detektora metalu
>> Warunki środowiskowe
>> Rozważania praktyczne
● Metody przygotowania i wykrywania próbki
>> Metody trawienia
>> Metody wykrywania
>> Przykład: Analiza ICP-AES
● Zaawansowane techniki kwantyfikacji czystości
>> Spektrometria łuku DC
● Kontrola i identyfikacja
>> Wygląd
>> Test gęstości
>> Test twardości
● Węglenie wolframowe w środowisku
>> Wpływ na środowisko
>> Względy bezpieczeństwa
>> Informacje regulacyjne
● Wniosek
● FAQ
>> 1. Czy standardowy detektor metalu znajdzie pierścień z węglika wolframowego?
>> 2. Czy mineralizacja gleby może wpłynąć na wykrywanie węglika wolframowego?
>> 3. Jaki jest najlepszy sposób na przygotowanie próbki węglika wolframowego do analizy chemicznej?
>> 4. Jakie techniki analityczne są wykorzystywane do wykrywania elementów śladowych w węgliku wolframowym?
>> 5. Czy węglika wolgiałowe jest szkodliwe dla środowiska?
● Cytaty:
Węglenie wolframowe to wszechstronny materiał rozpoznawany ze względu na jego twardość, odporność na zużycie i liczne zastosowania przemysłowe [3]. Jego unikalne właściwości sprawiają, że nadaje się do wszystkiego, od narzędzi tnący po biżuterię [2]. Powstaje częste pytanie: mogą wykryć wykrywacze metali Węglenie wolframowe ? W tym artykule bada właściwości węgliku wolframu, jego zastosowania i jego wykrywalność przez wykrywacze metali.
Co to jest węglika wolgiałowe?
Węglenie wolframowe (WC) to związek chemiczny zawierający równe części atomów wolframu i węgla [2]. W swojej podstawowej formie jest to drobny szary proszek, który można wcisnąć i spieszyć do różnych kształtów do zastosowań przemysłowych [2]. Węglenie wolframowe jest około trzykrotnie sztywniejsze niż stal i dwa razy bardziej gęsta [2].
Skład i właściwości
Węglenie wolframowe jest cemetem, kompozytem materiałów ceramicznych i metalicznych [3]. Zazwyczaj składa się z 94% wolframu i 6% węgla, często z materiałami wiążącymi, takimi jak kobalt lub nikiel w celu zwiększenia właściwości określonych [3]. Powstały materiał łączy wysoką twardość ceramicznego węglika wolframowego z wytrzymałością metalicznych spoiwa [3].
Kluczowe właściwości węglików wolframowych:
- Twardość: stopnie między 9,0 a 9,5 w skali MOHS [2].
- Punktem topnienia: wysoka temperatura topnienia 2870 ° C (3140 K) [2].
- Gęstość: około dwa razy gęstsza jak stal [2].
- Sztywność: Trzy razy sztywna jak stal, z modułem młodym około 530–700 GPa [2].
- Przewodnictwo cieplne: 110 W/m · K [2].
- Przewodnictwo elektryczne: podobne do stali narzędziowej i stali węglowej [8] [10].
- Siła ściskająca: Wyższa niż praktycznie wszystkie stopione, rzucane lub kute metale [7] [10].
- Odporność na ciepło: wykonuje znacznie do około 1000 ° F w atmosferze utleniającej i do 1500 ° F w atmosferach nieokilania [10].
Proces produkcyjny
Produkcja węglików wolframowych obejmuje kilka kroków [6]:
1. Separacja surowców: wolfram jest oddzielony od rud takich jak scheelite lub wolframit w celu uzyskania paratungstanu amonu (APT) [6].
2
3. Mieszanie z spoiwa: proszek z węglika wolframowego jest precyzyjnie zmieszany z metalem spoiwa, zwykle kobaltu lub niklu [6].
4. Zagężenie i spiekanie: Mieszanina jest zagęszczona i spiekana w piecu [6].
Właściwości węgliku wolframowego można regulować poprzez zmianę składu proszku i spoiwa, umożliwiając wyjątkowe poziomy wytrzymałości materiału, odporności na zużycie i odporności na korozję [6].
Rodzaje węglików wolframowych
Istnieją dwa dobrze scharakteryzowane związki wolframu i węgla:
- Węglenie wolframowe (WC): Zawiera równe części wolframu i węgla [2].
- Tungsten Semicarbide (W2C): Kolejny związek, który może być obecny w powłokach, z proporcjami zależnymi od metody powłoki [2].
Zastosowania węglika wolframowego
Węglenie wolframowe jest używane w szerokiej gamie zastosowań ze względu na jego doskonałe właściwości [3]:
- Narzędzia tnące: wykorzystywane w obróbce ze względu na jego zdolność do działania przy wyższych prędkościach niż stal z dużą prędkością [2].
- Ściernie ścierne: Zatrudnione w zastosowaniach szlifowania i polerowania [2].
- Powłoki odporne na zużycie: chroni krytycznych elementów w wymagających środowiskach [3].
- Biżuteria: używana w pierścieniach i innych przedmiotach biżuterii ze względu na jego twardość i trwałość [2].
- Maszyny przemysłowe: zwiększa trwałość i wydajność różnych komponentów maszyn [2].
- Amunicja przeciwbólowańca: wykorzystywana w pociskach ze względu na jej wysoką gęstość i twardość [2].
- Sprzęt do wiercenia oleju: chroni sprzęt przed zużyciem w trudnych warunkach [3].
- Turbiny lotnicze: Zapewnia niezawodność i długowieczność łopat turbin [3].
Jak działają detektory metalu
Detektory metali działają na zasadzie indukcji elektromagnetycznej [4]. Składają się z oscylatora, który wytwarza prąd naprzemienny, który przechodzi przez cewkę w celu wygenerowania naprzemiennego pola magnetycznego [4]. Gdy obiekt metaliczny wchodzi w to pole, indukuje prądy wirowe w metalu [4]. Te prądy wirowe tworzą własne pole magnetyczne, które sprzeciwia się polu podstawowego [4].
Detektor wyczuwa tę zmianę pola magnetycznego i sygnalizuje obecność metalu [4]. Różne rodzaje detektorów metali są przeznaczone do różnych celów, w tym wykrywanie metalu w ziemi, badań bezpieczeństwa i zastosowań przemysłowych [4].
Czynniki wpływające na wykrywanie metalu
Kilka czynników może wpływać na zdolność detektora metalu do wykrywania określonego obiektu metalowego [4]:
- Rozmiar i kształt obiektu: Większe obiekty są ogólnie łatwiejsze do wykrycia niż mniejsze [4].
- Głębokość obiektu: im głębszy obiekt jest zakopany, tym trudniej jest wykryć [4].
- Rodzaj metalu: Różne metale mają różne przewodnictwo elektryczne i właściwości magnetyczne, wpływając na ich wykrywalność [4].
- Warunki gleby: Mineralizacja i zawartość wilgoci w glebie mogą zakłócać sygnał wykrywania [4].
- Ustawienia detektora: Ustawienia czułości i dyskryminacji w detektorze metalu można dostosować w celu optymalizacji wydajności [4].
Czy wykrywacze metali mogą wykryć węglika wolframowe?
Zdolność detektora metalu do wykrywania węglika wolframowego zależy od kilku czynników, w tym składu węglika wolframowego, wrażliwości detektora i warunków środowiskowych [5].
Przewodność elektryczna
Węglenie wolframowe ma przewodność elektryczną podobną do stali narzędziowej i stali węglowej [8] [10]. Ten poziom przewodności oznacza, że można go wykryć za pomocą detektorów metali, ale nie tak łatwo, jak metale o wyższej przewodności, takich jak miedź lub srebro [4].
Kompozycja i spoiwa
Węglenie wolframowe jest często łączone z innymi metaliami, takimi jak kobalt lub nikiel, aby działać jako segregatory [3]. Obecność tych metalicznych spoiwa może zwiększyć wykrywalność materiału kompozytowego [6]. Detektory metali mogą przede wszystkim wykrywać materiał spoiwa, a nie sam węglik wolframowy [6].
Czułość detektora metalu
Czułość detektora metalu odgrywa kluczową rolę [4]. Detektory o wysokiej czułości częściej wykrywają węglik wolframowy, szczególnie jeśli występuje on w małych ilościach lub na większej głębokości [4]. Dostosowanie ustawień detektora w celu maksymalizacji czułości może zwiększyć szanse na wykrycie [4].
Warunki środowiskowe
Mineralizacja gleby, zawartość wilgoci i inne czynniki środowiskowe mogą wpływać na wydajność detektorów metali [4]. W wysoce zmineralizowanych gleb detektor może wytwarzać fałszywe sygnały, co utrudnia zidentyfikowanie węgliku wolframu [4]. Właściwe ustawienia równoważenia gruntu i dyskryminacji mogą pomóc złagodzić te efekty [4].
Rozważania praktyczne
- Biżuteria: Pierścienie z węglików wolframowych i inne elementy biżuterii mogą być wykryte przez wykrywacze metali, chociaż sygnał może nie być tak silny, jak w przypadku innej metalowej biżuterii [5].
- Zastosowania przemysłowe: W ustawieniach przemysłowych wykrywacze metali mogą być używane do identyfikacji komponentów węglików wolframowych w maszynach lub do wykrycia zanieczyszczenia [3].
- Pokrycie bezpieczeństwa: Detektory metali bezpieczeństwa są na ogół wystarczająco wrażliwe, aby wykryć węglika wolframowe, szczególnie jeśli jest on połączony z metalicznymi spoiwami [4].
Metody przygotowania i wykrywania próbki
W chemii analitycznej stosowane są różne metody przygotowywania i wykrywania węglików wolframowych w różnych matrycach [1].
Metody trawienia
Jedna z powszechnych metod jest trawienie próbek węglików wolframowych za pomocą trawienia mikrofalowego kwasem azotowym i kwasem fosforowym w warunkach uszczelnionych pod wysokim ciśnieniem [1]. Proces ten zapewnia, że wolfram pozostaje w stabilnej, jonowej postaci w roztworze, zapobiegając opadom [1].
Procedura trawienia mikrofalowego:
1. Przygotowanie próbki: Ważą 0,5000 g próbki węglika wolframowego [1].
2. Dodanie kwasu: Dodaj 10,0 ml czerwonego kwasu azotowego (RFNA) i 5,0 ml mocnego kwasu fosforowego [1].
3. Procedura mikrofalowa: Rozgrzej się do 190 ° C w 6 minut i inkubuj przez 20 minut [1].
Metody wykrywania
Po trawieniu można zastosować różne techniki analityczne do wykrywania i kwantyfikacji elementów obecnych w próbce [1].
- ICP-AE (spektrometria emisji atomowej plazmy sprzężonej indukcyjnie): Ta metoda służy do analizy roztworu dla elementów takich jak TA, Fe, V, Ti, Mn, Si, Co, Ni, As, Mo, Nb, Cr, Zn i Cu [1].
- GF-AAS (grafitowa spektrometria absorpcyjna pieca): inna technika zastosowana do analizy elementarnej [1].
- ICP-MS (spektrometria mas w osoczu sprzężona z indukcyjnie): bardzo czuła metoda wykrywania pierwiastków śladowych [1].
Przykład: Analiza ICP-AES
W jednym przykładzie wykonania supernatant alkohol przygotowanego roztworu próbki wolframu jest wykorzystywany do bezpośredniej analizy z ICP-AES [1]. Określenie ICP-AES odbywa się w zwykły sposób, przy czym pasuje matrycę przy użyciu wolframu o wysokiej czystości [1]. Mieszane standardowe roztwory każdego elementu są przygotowywane zgodnie z zakresem wykrywania [1].
Wykrywalny zakres koncentracji:
- 1% ～ 0,001% dla Ta, Fe, V, Ti, Mn, Mg, Si, AS, MO, NB, Cr, Zn, Cu [1]
- 6% ～ 0,001% dla CO, NI [1]
Zaawansowane techniki kwantyfikacji czystości
Kwantyfikacja czystości węglika wolframowego ma kluczowe znaczenie dla wielu zastosowań [6]. Zaawansowane techniki, takie jak spektrometria łuku DC, stosuje się do określenia pierwiastków śladowych w węgliku wolframowym o wysokiej czystości [6].
Spektrometria łuku DC
Ta metoda polega na zastosowaniu mieszanki tlenku grafitu, fluoru baru i germania (IV) jako nośnika w celu poprawy limitów wykrywania [6]. Metal wolframowy służy do kalibracji zamiast węgliku wolframu [6].
Kluczowe kroki:
1. Przygotowanie próbki: Mieszanka grafitu, fluoru baru i germanu (IV) tlenek w stosunku 50: 4: 1 [6].
2. Analiza: Użyj Prodigy DC TELEDYNE LAB LAB, aby określić pierwiastki śladowe [6].
3. Kalibracja: Użyj metalu wolframu do kalibracji [6].
Ta technika pozwala na powtarzalne limity wykrywania elementów śladowych w węgliku wolframowym, zapewniając integralność materiału [6].
Kontrola i identyfikacja
Podczas gdy detektory metali mogą wskazywać na obecność węglika wolframowego, ważne są również kontrola i inne metody identyfikacji.
Wygląd
Węglenie wolframowe to gęsta, podobna do metalu substancja o jasnoszarym kolorze i niebieskawym odcieniu [7]. Jego charakterystyczny wygląd może pomóc w jego zidentyfikowaniu [7].
Test gęstości
Węglenie wolframowe ma wysoką gęstość (prawie 19 razy większa niż gęstość wody) [4]. Ta właściwość można wykorzystać do odróżnienia jej od innych materiałów [4].
Test twardości
Węglenie wolframowe jest niezwykle trudne, ranking wysoko w skali Mohs [2]. Test twardości może pomóc potwierdzić jego tożsamość [2].
Węglenie wolframowe w środowisku
Zrozumienie zachowań środowiskowych i bezpieczeństwa aspektów węglików wolframowych jest niezbędne.
Wpływ na środowisko
Uważa się, że węglik wolframowy ma niski wpływ na środowisko ze względu na jego stabilność i bezwładność [9]. Jednak produkcja i przetwarzanie węglika wolframowego może mieć konsekwencje środowiskowe, takie jak zużycie energii i wytwarzanie odpadów [9].
Względy bezpieczeństwa
Podczas obsługi węgliku wolframowego konieczne jest przestrzeganie odpowiednich protokołów bezpieczeństwa, aby zminimalizować ekspozycję na kurz i cząstki [9]. Wdychanie pyłu z węglika wolframowego może prowadzić do problemów z oddychaniem [9].
Informacje regulacyjne
Węglenie wolframowe jest regulowane na podstawie różnych przepisów dotyczących środowiska i bezpieczeństwa [9]. Konieczne jest przestrzeganie niniejszych przepisów w celu zapewnienia odpowiedzialnego wykorzystania i usuwania [9].
Wniosek
Podsumowując, wykrywacze metali mogą wykryć węglika wolframowe, ale łatwość wykrywania zależy od wrażliwości detektora, składu węgliku wolframu i warunków środowiskowych. Obecność metalicznych spoiwa, takich jak kobalt lub nikiel, może zwiększyć wykrywalność. Choć nie tak przewodzące jak inne metale, unikalne właściwości Tungsten Carbide sprawiają, że nadaje się do szerokiej gamy zastosowań, od narzędzi tnąca po biżuterię.
Zastosowanie zaawansowanych technik analitycznych, takich jak trawienie mikrofalowe i ICP-AE, ma kluczowe znaczenie dla kwantyfikacji czystości i składu węgliku wolframu. Właściwe praktyki obsługi i usuwania są niezbędne do zminimalizowania potencjalnych wpływów na środowisko i zdrowia.
FAQ
1. Czy standardowy detektor metalu znajdzie pierścień z węglika wolframowego?
Tak, standardowy detektor metalu może wykryć pierścień węglika wolframowego [5]. Jednak sygnał może nie być tak silny, jak w przypadku pierścieni wykonanych z bardziej przewodzących metali, takich jak złoto lub srebro. Obecność metali spoiwa, takich jak kobalt, może poprawić wykrywalność [3] [6].
2. Czy mineralizacja gleby może wpłynąć na wykrywanie węglika wolframowego?
Tak, mineralizacja gleby może zakłócać wykrywanie węglika wolframowego [4]. Wysoce zmineralizowane gleby mogą wytwarzać fałszywe sygnały, co utrudnia identyfikację węglika wolframowego. Właściwe ustawienia równoważenia i dyskryminacji w detektorze metalu mogą pomóc złagodzić te efekty [4].
3. Jaki jest najlepszy sposób na przygotowanie próbki węglika wolframowego do analizy chemicznej?
Najlepszym sposobem na przygotowanie próbki węglika wolframowego do analizy chemicznej jest trawienie mikrofalowe przy użyciu kwasu azotowego i kwasu fosforowego w warunkach uszczelnionych pod wysokim ciśnieniem [1]. Ta metoda zapewnia, że wolfram pozostaje w stabilnej, jonowej postaci w roztworze, zapobiegając wytrącaniu [1].
4. Jakie techniki analityczne są wykorzystywane do wykrywania elementów śladowych w węgliku wolframowym?
Do wykrywania pierwiastków śladowych w węgliku wolframowym można zastosować kilka technik analitycznych [1] [6]. Obejmują one ICP-AE (spektrometria emisji atomowej plazmy sprzężonej indukcyjnie), GF-AAS (spektrometria atomowa w absorpcji pieca grafitowego), ICP-MS (spektrometria mas w osoczu sprzężona z indukcyjnie) i spektrometria ARC DC [1] [6].
5. Czy węglika wolgiałowe jest szkodliwe dla środowiska?
Uważa się, że węglik wolframowy ma niski wpływ na środowisko ze względu na jego stabilność i bezwładność [9]. Jednak produkcja i przetwarzanie węglików wolframowych może mieć konsekwencje środowiskowe. Właściwe praktyki obsługi i usuwania są niezbędne, aby zminimalizować wszelkie potencjalne skutki [9].
Cytaty:
[1] https://patents.google.com/patent/cn102213657b/en
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[3] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[4] https://detectingschool.com/can-metal-detectors-detect-tungsten/
[5] https://www.reddit.com/r/metaldetecting/comments/3k44ae/can_i_use_a_metal_detector_on_my_tungsten_carbide/
[6] https://info.teledenelabs.com/blog/tungsten-carbide-quantification-ofurty-dc-arc
[7] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbiredatasheet.pdf
[8] https://metaldetectingforum.com/index.php
[9] https://hpvchemicals.oecd.org/ui/handler.axd?id=ED1C76BF-DAD9-4baa-8d1b-70fed7f92862
[10] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
