專利名稱：微鑭摻雜鎢絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鎢粉末冶金及鎢絲加工領(lǐng)域，尤其是一種微鑭摻雜鎢絲的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，燈泡所使用的的鎢絲均為添加了鉀、鋁、硅元素的摻雜鎢絲。生產(chǎn)摻雜鎢絲所使用的原料是仲鎢酸銨(APT)。摻雜鎢絲的生產(chǎn)方法為(1)將仲鎢酸銨在500°C左右的空氣中焙燒成三氧化鎢，或在450°C左右的氫氣中輕微還原成藍(lán)色氧化鎢(藍(lán)鎢)；(2)向三氧化鎢或藍(lán)鎢中摻入少量的氧化鉀、氧化硅和氧化鋁，三者用量總和不超過；(3)經(jīng)過摻雜處理的鎢的氧化物用氫氣還原成金屬鎢粉；還原過程一般分兩步進(jìn)行第一步在630°C左右還原成二氧化鎢(棕色氧化鎢)，第二步在820°C左右還原成金屬鎢粉。兩步還原的目的是使摻入的鉀充分發(fā)揮作用和控制粉末粒度；(4)將摻雜鎢粉再在等靜壓機(jī)中壓制成細(xì)長的坯條；(5)把坯條在氫氣中通電，用自電阻加熱(溫度達(dá)3000°C左右)的方法進(jìn)行燒結(jié)， 燒結(jié)后鎢條的密度可達(dá)到理論值的85%以上；(6)這種鎢條便可以用旋鍛方法加工成直徑為3mm左右的鎢桿；(7)然后進(jìn)一步用模子拉拔的方法加工成各種不同粗細(xì)的鎢絲。但是，上述方法生產(chǎn)的鎢絲存在著冷、熱電阻小，光電性能差的缺點(diǎn)，在加工生產(chǎn)鎢絲過程中，鎢絲在旋鍛和拉拔時會產(chǎn)生合金的硬化，其內(nèi)部的應(yīng)力增加，拉拔時易發(fā)生斷裂，增加了生產(chǎn)的難度。合金的硬化及其內(nèi)部的應(yīng)力的存在導(dǎo)致生產(chǎn)的鎢絲使用壽命較短， 抗震性能較差，燈泡在使用后燈絲易發(fā)生下垂現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種通過改變鑭元素添加方式來控制鎢合金中鑭元素含量、進(jìn)而改變合金成分及其內(nèi)部晶粒大小來提高鎢絲性能的微鑭摻雜鎢絲的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種微鑭摻雜鎢絲的制備方法，包括以下步驟(1)將仲鎢酸銨在還原爐中在高純氫氣中預(yù)還原成藍(lán)鎢；(2)濕法摻入硅酸鉀、硝酸鋁溶液，通過攪拌混合后干燥，使鉀、硅、鋁吸附在藍(lán)鎢間隙內(nèi)，制得摻雜藍(lán)鎢；(3)使用壓力式噴槍將鑭酸氨溶液以噴霧的形式向放置在摻雜鍋中的摻雜藍(lán)鎢噴灑同時進(jìn)行攪拌，待噴灑完畢后烘干，得到鑭酸氨摻雜藍(lán)鎢；(4)將鑭酸氨摻雜藍(lán)鎢放入還原爐，在高純氫氣中進(jìn)行還原反應(yīng)，得到還原鎢鑭合金粗粉末；
(5)將還原鎢鑭合金粉末用定量鹽酸、氫氟酸洗滌，去除過剩摻雜劑及其它雜質(zhì)得到鎢鑭合金粉末；(6)使用等靜壓機(jī)向裝在彈性模套內(nèi)的鎢鑭合金粉末施加各項(xiàng)均等的力，制成密度均勻的鎢坯條；(7)鎢坯條在氫氣保護(hù)下，進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到預(yù)燒結(jié)條；(8)預(yù)燒結(jié)條在氫氣保護(hù)下進(jìn)行垂熔燒結(jié)，得到垂熔燒結(jié)條；(9)使用旋鍛設(shè)備對垂熔燒結(jié)條進(jìn)行鍛打，使垂熔燒結(jié)條斷面逐漸縮小、長度增加，坯條內(nèi)鎢組織結(jié)構(gòu)、晶粒狀態(tài)和表面狀態(tài)發(fā)生改變，制得鎢棒；(10)對鎢棒進(jìn)行退火處理；(11)將退火后的鎢棒再進(jìn)行旋鍛，得到直徑為3. 7mm的鎢桿；(12)在大轉(zhuǎn)盤上對鎢桿進(jìn)行粗拉伸，鎢桿通過大轉(zhuǎn)盤上的模孔后其斷面減小、長度增加，得到粗鎢絲；(13)將粗鎢絲在空氣中通過火焰進(jìn)行氧化退火，并經(jīng)涂敷石墨及小壓縮比的單模拉伸，消除加工硬化，降低鎢絲抗拉強(qiáng)度；(14)將單模拉伸后的粗鎢絲經(jīng)多個模序拉制成所需的細(xì)鎢絲。而且，步驟(7)中預(yù)燒結(jié)的溫度為1200 1400°C，燒結(jié)時間為30 50分鐘。而且，步驟⑶中垂熔燒結(jié)的最終溫度為沈50 ^50°C，燒結(jié)時間為60 70分鐘，所得垂熔燒結(jié)條的密度為17. 2 17. 6g/cm3。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1本發(fā)明向摻雜鎢絲中添加微量的鑭元素，改變了摻雜鎢絲的成分組成，微鑭摻雜鎢絲的冷電阻、熱電阻等物理特征均與傳統(tǒng)摻雜鎢絲相比有了較大改善，試驗(yàn)表明，微鑭摻雜鎢絲的冷、熱電阻都較傳統(tǒng)摻雜鎢絲增加了 5 7%。2、本發(fā)明使用壓力式噴槍將鑭酸氨溶液以噴霧的形式向放置在摻雜鍋中的摻雜藍(lán)鎢噴灑，可有效控制鑭元素的添加量，即達(dá)到改善鎢絲性能的目的，又可有效降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。3、本發(fā)明在后期加工過程增加了使用火焰在空氣中進(jìn)行氧化退火的步驟，可有效消除加工過程中合金的硬化，消除了加工過程中合金內(nèi)部積累的應(yīng)力，降低鎢絲抗拉強(qiáng)度， 使鎢絲的制造生產(chǎn)更為方便。4、本發(fā)明生產(chǎn)的微鑭摻雜鎢絲因添加了少量的鑭元素，從而改變了摻雜鎢絲的成分及其內(nèi)部晶粒大小，同時通過氧化退火消除了微鑭摻雜鎢絲內(nèi)的應(yīng)力，因此生產(chǎn)出來的鎢絲具有良好的抗震性能。試驗(yàn)表明，使用該方法生產(chǎn)的微鑭摻雜鎢絲制作的各10個 14V0. 1A0. 7CP燈泡，鎢絲規(guī)格為1. 0mg/200mm和1. ang/200mm，與普通摻雜鎢絲在同樣條件下進(jìn)行了抗震試驗(yàn)對比，結(jié)果是規(guī)格為1.2mg//200mm的燈泡，普通摻雜鎢絲平均耐沖擊次數(shù)為673次，微鑭摻雜鎢絲平均耐沖擊次數(shù)為1233次；規(guī)格為1. 0mg/200mm的燈泡，普通摻雜鎢絲平均耐沖擊次數(shù)為680次，而微鑭摻雜鎢絲平均耐沖擊次數(shù)為1209次。5、本發(fā)明具有工藝簡單、易于實(shí)現(xiàn)且生產(chǎn)成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，同時使用該方法所生產(chǎn)的微鑭摻雜鎢絲具有使用壽命長、光電性能好、抗震性能強(qiáng)以及燈泡在使用后燈絲下垂量小的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施例；需要說明的是，本實(shí)施例是敘述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種微鑭摻雜鎢絲的制備方法，包括以下步驟(1)將仲鎢酸銨在還原爐中在高純氫氣中預(yù)還原成藍(lán)鎢。(2)濕法摻入硅酸鉀、硝酸鋁溶液，通過攪拌混合后干燥，使鉀、硅、鋁吸附在藍(lán)鎢間隙內(nèi)，制得摻雜藍(lán)鎢。(3)使用壓力式噴槍將鑭酸氨溶液以噴霧的形式向放置在摻雜鍋中的摻雜藍(lán)鎢噴灑同時進(jìn)行攪拌，待噴灑完畢后烘干，得到鑭酸氨摻雜藍(lán)鎢。(4)將鑭酸氨摻雜藍(lán)鎢放入還原爐，在高純氫氣中進(jìn)行還原反應(yīng)，得到還原鎢鑭合金粗粉末。(5)將還原鎢鑭合金粉末用定量鹽酸、氫氟酸洗滌，去除過剩摻雜劑及其它雜質(zhì)得到鎢鑭合金粉末。(6)使用等靜壓機(jī)向裝在彈性模套內(nèi)的鎢鑭合金粉末施加各項(xiàng)均等的力，制成密度均勻的鎢坯條；(7)鎢坯條在氫氣保護(hù)下，進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到預(yù)燒結(jié)條；預(yù)燒結(jié)的溫度為1200 1400°C，燒結(jié)時間為30 50分鐘。(8)預(yù)燒結(jié)條在氫氣保護(hù)下進(jìn)行垂熔燒結(jié)，得到垂熔燒結(jié)條；垂熔燒結(jié)的最終溫度為沈50 ^50°C，燒結(jié)時間為60 70分鐘，所得垂熔燒結(jié)條的密度為17. 2 17. 6g/
3
cm ο(9)使用旋鍛設(shè)備對垂熔燒結(jié)條進(jìn)行鍛打，使垂熔燒結(jié)條斷面逐漸縮小、長度增加，坯條內(nèi)鎢組織結(jié)構(gòu)、晶粒狀態(tài)和表面狀態(tài)發(fā)生改變，制得鎢棒。(10)對鎢棒進(jìn)行退火處理。(11)將退火后的鎢棒再進(jìn)行旋鍛，得到直徑為3. 7mm的鎢桿。(12)在大轉(zhuǎn)盤上對鎢桿進(jìn)行粗拉伸，鎢桿通過大轉(zhuǎn)盤上的?？缀笃鋽嗝鏈p小、長度增加，得到粗鎢絲。(13)將粗鎢絲在空氣中通過火焰進(jìn)行氧化退火，并經(jīng)涂敷石墨及小壓縮比的單模拉伸，消除加工硬化，降低鎢絲抗拉強(qiáng)度。(14)將單模拉伸后的粗鎢絲經(jīng)多個模序拉制成所需的細(xì)鎢絲。鎢鑭合金從坯條到絲，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)路線漫長，同時合金的微觀組織結(jié)構(gòu)在加工過程中發(fā)生了很大的變化。鎢在發(fā)生脆塑性轉(zhuǎn)變時溫度較高，加入少量的鑭元素可有效降低鎢的脆塑性降低溫度點(diǎn)，增加鎢的塑性。減少了鎢絲中所產(chǎn)生的裂紋，提高了鎢絲的成品率、高溫性能及繞絲性能。在實(shí)施本方法時為了保證摻雜過程中鉀與鑭在鎢基體中分布的均勻性，采用日本產(chǎn)食品用摻雜鍋，并在該摻雜鍋中完成鑭酸銨溶液的添加。為保證燒結(jié)步驟的可靠性，本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)來控制垂熔機(jī)，按程序精確控制燒結(jié)步驟的工藝參數(shù)，并取得了良好的效果。
權(quán)利要求
1.一種微鑭摻雜鎢絲的制備方法，包括以下步驟(1)將仲鎢酸銨在還原爐中在高純氫氣中預(yù)還原成藍(lán)鎢；(2)濕法摻入硅酸鉀、硝酸鋁溶液，通過攪拌混合后干燥，使鉀、硅、鋁吸附在藍(lán)鎢間隙內(nèi)，制得摻雜藍(lán)鎢；(3)使用壓力式噴槍將鑭酸氨溶液以噴霧的形式向放置在摻雜鍋中的摻雜藍(lán)鎢噴灑同時進(jìn)行攪拌，待噴灑完畢后烘干，得到鑭酸氨摻雜藍(lán)鎢；(4)將鑭酸氨摻雜藍(lán)鎢放入還原爐，在高純氫氣中進(jìn)行還原反應(yīng)，得到還原鎢鑭合金粗粉末；(5)將還原鎢鑭合金粉末用定量鹽酸、氫氟酸洗滌，去除過剩摻雜劑及其它雜質(zhì)得到鎢鑭合金粉末；(6)使用等靜壓機(jī)向裝在彈性模套內(nèi)的鎢鑭合金粉末施加各項(xiàng)均等的力，制成密度均勻的鎢坯條；(7)鎢坯條在氫氣保護(hù)下，進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到預(yù)燒結(jié)條；(8)預(yù)燒結(jié)條在氫氣保護(hù)下進(jìn)行垂熔燒結(jié)，得到垂熔燒結(jié)條；(9)使用旋鍛設(shè)備對垂熔燒結(jié)條進(jìn)行鍛打，使垂熔燒結(jié)條斷面逐漸縮小、長度增加，坯條內(nèi)鎢組織結(jié)構(gòu)、晶粒狀態(tài)和表面狀態(tài)發(fā)生改變，制得鎢棒；(10)對鎢棒進(jìn)行退火處理；(11)將退火后的鎢棒再進(jìn)行旋鍛，得到直徑為3.7mm的鎢桿；(12)在大轉(zhuǎn)盤上對鎢桿進(jìn)行粗拉伸，鎢桿通過大轉(zhuǎn)盤上的?？缀笃鋽嗝鏈p小、長度增加，得到粗鎢絲；(13)將粗鎢絲在空氣中通過火焰進(jìn)行氧化退火，并經(jīng)涂敷石墨及小壓縮比的單模拉伸，消除加工硬化，降低鎢絲抗拉強(qiáng)度；(14)將單模拉伸后的粗鎢絲經(jīng)多個模序拉制成所需的細(xì)鎢絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微鑭摻雜鎢絲的制備方法，其特征在于步驟(7)中預(yù)燒結(jié)的溫度為1200 1400°C，燒結(jié)時間為30 50分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微鑭摻雜鎢絲的制備方法，其特征在于步驟(8)中垂熔燒結(jié)的最終溫度為2650 ^50°C，燒結(jié)時間為60 70分鐘，所得垂熔燒結(jié)條的密度為 17. 2 17. 6g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微鑭摻雜鎢絲的制備方法，包括以下步驟(1)將仲鎢酸銨預(yù)還原成藍(lán)鎢；(2)摻入硅酸鉀、硝酸鋁溶液，制得摻雜藍(lán)鎢；(3)將鑭酸氨溶液噴灑到摻雜藍(lán)鎢上攪拌烘干，得到鑭酸氨摻雜藍(lán)鎢；(4)在還原爐中進(jìn)行還原反應(yīng)；(5)酸洗，得到鎢鑭合金粉末；(6)壓制成密度均勻的鎢坯條；(7)進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到預(yù)燒結(jié)條；(8)進(jìn)行垂熔燒結(jié)，得到垂熔燒結(jié)條；(9)旋鍛，制得鎢棒；(10)退火處理；(11)旋鍛，得到鎢桿；(12)粗拉伸；(13)氧化退火；(14)經(jīng)多個模序拉制成所需的細(xì)鎢絲。本發(fā)明具有工藝簡單、易于實(shí)現(xiàn)且生產(chǎn)成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，同時使用該方法所生產(chǎn)的微鑭摻雜鎢絲具有使用壽命長、光電性能好、抗震性能強(qiáng)以及燈泡在使用后燈絲下垂量小的特點(diǎn)。
文檔編號C22C27/04GK102424941SQ201110247600
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者王魯振 申請人:天津市隆成光源電力器材有限公司