專利名稱：一種用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎢粉末冶金技術(shù)，尤其是一種用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航天航空業(yè)的迅猛發(fā)展，鹵鎢燈的需求量以每年 20%的速度增長。鹵鎢燈主要應(yīng)用于上述行業(yè)的照明系統(tǒng)。鹵鎢燈因使用環(huán)境存在沖擊和振動的特性，因此要求其核心材料——鎢絲的再結(jié)晶組織能形成良好的燕尾搭接結(jié)構(gòu)，長寬比大于12，即高溫燃點(diǎn)狀態(tài)下高溫強(qiáng)度高，高溫抗下垂性能及抗變形性能好。鎢絲的生產(chǎn)工藝流程長，但在從粉末態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊Y(jié)態(tài)(鎢條)的過程完成后，鎢絲的化學(xué)成分以及組織性能已被確立，后續(xù)的壓延加工對鎢絲高溫抗下垂性能的改善和提升作用非常微小，因此如何獲得組織結(jié)構(gòu)良好的高鉀鎢條成為鹵鎢燈用鎢絲質(zhì)量提升的關(guān)鍵點(diǎn)。我國鎢絲生產(chǎn)技術(shù)起步較晚，鹵鎢燈用鎢絲的生產(chǎn)線國內(nèi)仍屬空白，采用常規(guī)工藝，只能通過普通鎢絲的生產(chǎn)線篩選得到中低檔鹵鎢燈用鎢絲，導(dǎo)致其產(chǎn)品的成品率低，生產(chǎn)成本高；同時這種鹵鎢燈用鎢絲因其起止再結(jié)晶溫度低、長寬比小，使其高溫強(qiáng)度低、高溫抗下垂性能及抗變形性能差、使用壽命短，品質(zhì)與國外產(chǎn)品差距較大，目前主要通過從國外高價進(jìn)口鹵鎢燈或鹵鎢燈用鎢絲來滿足國內(nèi)需求。因此，提高鎢條質(zhì)量，從改善材料性能入手來滿足鹵鎢燈用鎢絲質(zhì)量的需要尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法，用該方法制備得到的鎢條鉀含量> 0. 0085%、密度> 17. 20g/cm3、晶粒度> 6000個/mm2，采用現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)進(jìn)行壓力加工，能生產(chǎn)出再結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)呈良好的燕尾搭接，長寬比大于12，質(zhì)量穩(wěn)定、 成品率高，且在高溫燃點(diǎn)狀態(tài)下高溫強(qiáng)度高，高溫抗下垂性能及抗變形性能好的鹵鎢燈用鎢絲。本發(fā)明的用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法，包括以下步驟
1、選料，單斜仲鎢酸銨與球形仲鎢酸銨按3:1 1. 5的比例混合，以所得的混合體為原
料；
2、預(yù)還原，采用常規(guī)技術(shù)將上述原料通過四帶溫區(qū)還原爐，氫氣還原生成含氧量為 20 20. 5%的藍(lán)色氧化鎢；
3、高鉀摻雜，用常規(guī)工藝將藍(lán)色氧化鎢濕法摻入硅酸鉀、硝酸鋁溶液，使鉀、硅、鋁吸附于藍(lán)鎢孔隙內(nèi)，摻雜藍(lán)鎢中鉀、硅、鋁含量分別為0. 18 0. 20%,0. 30 0. 35%,0. 010 0. 013% ；
4、還原，將摻雜藍(lán)鎢用常規(guī)還原工藝通過二次還原生成費(fèi)氏粒度為2.0 2. 6um的細(xì)顆粒鎢粉，備用；將摻雜藍(lán)鎢用常規(guī)還原工藝直接一次還原生成費(fèi)氏粒度為3. 4 4. Oum的粗顆粒鎢粉，備用；采用六溫區(qū)還原爐將摻雜藍(lán)鎢經(jīng)二次還原生成費(fèi)氏粒度為2. 7 3. 3um 的中顆粒鎢粉，備用，中顆粒鎢粉制備的工藝條件是一次還原由摻雜藍(lán)鎢制備二氧化鎢的溫度為530、550、580、620、650、670°C，氫氣流量為2. 0 3. 0m7h，氫氣露點(diǎn)彡_60°C，裝舟量為300 350g，推速為25min，產(chǎn)出二氧化鎢含氧量為12 14%，二次還原制備中顆粒鎢粉的工藝條件溫度為700、750、800、830、860、860°C，氫氣流量為3. 0 5. 0m3/h,氫氣露點(diǎn)彡-60°C，裝舟量為280 320g，推速為30min ；
5、酸洗，將細(xì)、中、粗顆粒鎢粉分別用濃度為5 6%鹽酸、5 6%氫氟酸洗滌去除過剩的摻雜劑及雜質(zhì)，所得酸洗鎢粉有效鉀含量分別為0. 016 0. 018%、0. 012 0. 014%、 0. 008 0. 010% ；
6、配粉，細(xì)、中、粗顆粒酸洗鎢粉按20 2560 50 20 25的重量比在混料機(jī)中混合 25 30min ；
7、冷等靜壓成形，采用常規(guī)技術(shù)將2000g配合鎢粉裝入直徑為23士0.2mm的彈性模套內(nèi)，使用冷等靜壓機(jī)壓制成形，最高壓制壓力為150 160Mpa，成形后鎢坯條在氫氣保護(hù)下，經(jīng)1300士50°C預(yù)燒結(jié)40 45min ；
8、高溫?zé)Y(jié)，在氫氣保護(hù)下，預(yù)燒結(jié)后鎢坯條在垂熔機(jī)內(nèi)直接通電加熱燒結(jié)， 燒結(jié)制度為三段升溫、二段保溫，電流/時間參數(shù)為升溫(0-2000A)/5min、升溫 (2000-3800A) /15min、保溫 3800A/15min、升溫(3800-4900A) /2min、保溫 4900A/20min,產(chǎn)出鎢條斷面結(jié)晶細(xì)小而均勻，鉀含量彡0. 0085%、密度彡17. 20g/cm3、晶粒度彡6000個/mm2。本發(fā)明的用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法，與常規(guī)工藝區(qū)別在于原料采用兩種晶形的仲鎢酸銨混合配制、采用高鉀摻雜、新增一種中顆粒鎢粉的制備、中顆粒鎢粉優(yōu)化了配粉方案及采用獨(dú)特的垂熔高溫?zé)Y(jié)制度，其作用原理和優(yōu)點(diǎn)在于
1、通過對仲鎢酸銨結(jié)晶形貌影響產(chǎn)品特性的研究發(fā)現(xiàn)，晶形搭配所得到的某一特定仲鎢酸銨能使鹵鎢燈用鎢絲各項(xiàng)性能俱佳，且單一晶形仲鎢酸銨比例的改變，所得鎢絲的性能隨之改變；
2、本發(fā)明的藍(lán)鎢摻雜量較常規(guī)摻雜量高30 40%，常規(guī)方法若采用本方法的摻雜量所得鎢條密度<17. Og/cm3、晶粒度<1000個/mm2，難以加工，成品率低，并引起組織結(jié)構(gòu)劣化、 塑一脆轉(zhuǎn)變溫度高、高溫抗下垂性能差等問題。3、本發(fā)明新增一種中顆粒鎢粉的制備，配合后，鎢粉的粒度分布避免了尖峰狀或雙峰的現(xiàn)象，呈良好的正態(tài)分布，高溫?zé)Y(jié)后，使鎢條的斷面結(jié)晶細(xì)小而均勻。4、按配合粉方案壓制的鎢坯條，在保證提純金屬和獲得良好加工組織的同時，依照鉀泡的形成機(jī)理，燒結(jié)電流制度按開始慢速升溫，三段升溫、二段保溫設(shè)計，以增加鎢條斷面晶粒數(shù)和避免晶粒局部長大，達(dá)到鉀泡孔徑小、密度大、晶界多，鉀泡列長、分布均勻目的，并經(jīng)鎢條的壓力加工所得鹵鎢燈用鎢絲再結(jié)晶組織呈良好的燕尾搭接結(jié)構(gòu)，鉀泡的長寬比≥12，高溫抗下垂性能好等。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
一種用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法，包括以下步驟
1、以單斜仲鎢酸銨與球形仲鎢酸銨按3:1. 5比例在雙錐混料機(jī)中混合20min ；
2、預(yù)還原，將上述原料通過四帶溫區(qū)還原爐，還原生成藍(lán)色氧化鎢；
3、藍(lán)鎢高鉀摻雜，將200kg藍(lán)色氧化鎢加入摻雜機(jī)內(nèi)，按藍(lán)鎢重量計，濕法摻入0.18%的鉀、0. 32%的硅和0. 012%的鋁，經(jīng)攪拌、混合、蒸汽干燥后得到高鉀藍(lán)鎢；
4、還原，費(fèi)氏粒度為2.0 2. 6um的細(xì)顆粒鎢粉和費(fèi)氏粒度為3. 4 4. Oum的粗顆粒鎢粉按常規(guī)工藝生產(chǎn)，
費(fèi)氏粒度為2. 7 3. 3um的中顆粒鎢粉生產(chǎn)工藝條件一次還原由摻雜藍(lán)鎢制備二氧化鎢的溫度為530、550、580、620、650、670°C，氫氣流量為2. 2m7h，氫氣露點(diǎn)為_72°C，裝舟量為302g，推速為25min。產(chǎn)出二氧化鎢含氧量為13. 2%, 二次還原制備中顆粒鎢粉的溫度為700、750、800、830、860、860°C，氫氣流量為3. 80m3/h,氫氣露點(diǎn)為-70°C，裝舟量為 300g，推速為30min，產(chǎn)出鎢粉粒度為3. 05um ；
5、鎢粉酸洗，將細(xì)、中、粗顆粒鎢粉分別用濃度為5 6%鹽酸、5 6%氫氟酸洗滌去除過剩的摻雜劑及雜質(zhì)；
6、細(xì)、中、粗顆粒酸洗鎢粉按2060 20的重量比在“V”型混料機(jī)充分混合30min，配合粉鉀含量為0.0125%；
7、配合粉經(jīng)冷等靜壓成形；
8、高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)電流制度(電流/時間)按
(0-2000A)/5min+ (2000-3800A)/15min+3800A/15min+(3800-4900A)/2min+4900A/20 min進(jìn)行；
產(chǎn)出鎢條的鉀含量為0. 0088%、密度為17. 30g/cm3、晶粒度為6800個/mm2。鎢條經(jīng)旋鍛加工及后續(xù)常規(guī)粗絲、細(xì)絲加工工藝至Φ0. 20mm的成品鹵鎢燈用鎢絲，其抗拉強(qiáng)度0. 81N/mg、公差士0. 5%、繞制性能T型，再結(jié)晶組織呈很好的燕尾搭接結(jié)構(gòu)， 長寬比為26。實(shí)施例二
一種用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法，包括以下步驟
1、以單斜仲鎢酸銨與球形仲鎢酸銨按3:1. 2比例在雙錐混料機(jī)中混合20min ；
2、預(yù)還原，將上述原料通過四帶溫區(qū)還原爐，還原生成藍(lán)色氧化鎢；
3、藍(lán)鎢高鉀摻雜，將200kg藍(lán)色氧化鎢加入摻雜機(jī)內(nèi)，按藍(lán)鎢重量計，濕法摻入0.2%的鉀、0. 35%的硅和0. 013%的鋁，經(jīng)攪拌、混合、蒸汽干燥后得到高鉀藍(lán)鎢；
4、還原，費(fèi)氏粒度為2.0 2. 6um的細(xì)顆粒鎢粉和費(fèi)氏粒度為3. 4 4. Oum的粗顆粒鎢粉按常規(guī)工藝生產(chǎn)，
中顆粒鎢粉生產(chǎn)工藝條件一次還原由摻雜藍(lán)鎢制備二氧化鎢的溫度為530、550、 580,620,650,670 0C ,氫氣流量為2. 6m3/h，氫氣露點(diǎn)為-68 °C，裝舟量為322g，推速為 25min。產(chǎn)出二氧化鎢含氧量為12. 8%，二次還原制備中顆粒鎢粉的溫度為700、750、800、 830,860,8600C，氫氣流量為4. 30m3/h,氫氣露點(diǎn)為-63°C，裝舟量為315g，推速為30min, 產(chǎn)出鎢粉粒度為3. 2Ium;
5、鎢粉酸洗，將細(xì)、中、粗顆粒鎢粉分別用濃度為5 6%鹽酸、5 6%氫氟酸洗滌去除過剩的摻雜劑及雜質(zhì)；
6、細(xì)、中、粗顆粒酸洗鎢粉按2256 22的重量比在“V”型混料機(jī)充分混合30min，配合粉鉀含量為0. 0134% ；
7、配合粉經(jīng)冷等靜壓成形；
8、高溫?zé)Y(jié)，與實(shí)施例一相同，產(chǎn)出鎢條鉀含量0. 0091%、密度彡17. 52g/cm3、晶粒度彡6450個/mm2。
權(quán)利要求
1. 一種用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)、選料，單斜仲鎢酸銨與球形仲鎢酸銨按3:1 1. 5的比例混合，以所得的混合體為原料；(2)、預(yù)還原，采用常規(guī)技術(shù)將上述原料通過四帶溫區(qū)還原爐，氫氣還原生成含氧量為 20 20. 5%的藍(lán)色氧化鎢；(3)、高鉀摻雜，用常規(guī)工藝將藍(lán)色氧化鎢濕法摻入硅酸鉀、硝酸鋁溶液，使鉀、硅、鋁吸附于藍(lán)鎢孔隙內(nèi)，摻雜藍(lán)鎢中鉀、硅、鋁含量分別為0. 18 0. 20%,0. 30 0. 35%,0. 010 0. 013% ；(4)、還原，將摻雜藍(lán)鎢用常規(guī)還原工藝通過二次還原生成費(fèi)氏粒度為2.0 2. 6um的細(xì)顆粒鎢粉，備用；將摻雜藍(lán)鎢用常規(guī)還原工藝直接一次還原生成費(fèi)氏粒度為3. 4 4. Oum 的粗顆粒鎢粉，備用；采用六溫區(qū)還原爐將摻雜藍(lán)鎢經(jīng)二次還原生成費(fèi)氏粒度為2. 7 3. 3um的中顆粒鎢粉，備用，中顆粒鎢粉制備的工藝條件是一次還原由摻雜藍(lán)鎢制備二氧化鎢的溫度為 530、550、580、620、650、670°C，氫氣流量為 2. 0 3. 0m3/h，氫氣露點(diǎn)< _60°C，裝舟量為 300 350g，推速為25min，產(chǎn)出二氧化鎢含氧量為12 14%，二次還原制備中顆粒鎢粉的工藝條件溫度為700、750、800、830、860、860°C，氫氣流量為3. 0 5. 0m3/h,氫氣露點(diǎn) ^ -60 0C，裝舟量為280 320g，推速為30min ；(5)、酸洗，將細(xì)、中、粗顆粒鎢粉分別用濃度為5 6%鹽酸、5 6%氫氟酸洗滌去除過剩的摻雜劑及雜質(zhì)；(6)、配粉，細(xì)、中、粗顆粒酸洗鎢粉按20 25 60 50 20 25的重量比在混料機(jī)中混合25 30min ；(7)、冷等靜壓成形，采用常規(guī)技術(shù)將2000g配合鎢粉裝入直徑為23士0.2mm的彈性模套內(nèi)，使用冷等靜壓機(jī)壓制成形，最高壓制壓力為150 160Mpa，成形后鎢坯條在氫氣保護(hù)下，經(jīng)1300士50°C預(yù)燒結(jié)40 45min ；(8)、高溫?zé)Y(jié)，在氫氣保護(hù)下，預(yù)燒結(jié)后鎢坯條在垂熔機(jī)內(nèi)直接通電加熱燒結(jié)， 燒結(jié)制度為三段升溫、二段保溫，電流/時間參數(shù)為升溫(0-2000A)/5min、升溫 (2000-3800A)/15min、保溫 3800A/15min、升溫(3800-4900A)/2min、保溫 4900A/20min。
全文摘要
一種用于制作鹵鎢燈鎢絲的鎢條制備方法，包括選料、預(yù)還原、高鉀摻雜、還原、酸洗、配粉、冷等靜壓成形、高溫?zé)Y(jié)等步驟，與常規(guī)工藝區(qū)別在于原料采用兩種晶形的仲鎢酸銨混合配制、采用高鉀摻雜、新增一種中顆粒鎢粉的制備、中顆粒鎢粉優(yōu)化了配粉方案及采用獨(dú)特的垂熔高溫?zé)Y(jié)制度。本發(fā)明的方法中，鎢粉的粒度分布避免了尖峰狀或雙峰的現(xiàn)象，呈良好的正態(tài)分布，高溫?zé)Y(jié)后，使鎢條的斷面結(jié)晶細(xì)小而均勻，按配合粉方案壓制的鎢坯條，依照鉀泡的形成機(jī)理，能增加鎢條斷面晶粒數(shù)和避免晶粒局部長大，達(dá)到鉀泡孔徑小、密度大、晶界多，鉀泡列長、分布均勻目的。
文檔編號B22F9/22GK102198507SQ201110125548
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者劉少霖, 劉希星, 曾巧華, 柴朝暉, 王竹青, 胡元鈞, 閔邦平 申請人:贛州虹飛鎢鉬材料有限公司