CN101831583A - 高延展性铌钇或钽钇合金板及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料加工中高延展性铌钇或钽钇合金板的制备，其是在铌或钽中含有占合金总量小于0.1％的钇元素。本发明高延展性铌钇或钽钇合金板制备是在铌或钽中添加占合金总量小于0.08％～0.2％的氮化钇通过粉末冶金工艺制成。本发明通过给铌或钽中添加氮化钇制成的铌钇或钽钇合金板具有晶粒细化、延展性好、材料一致性好的特点。

Description

高延展性铌钇或钽钇合金板及制备工艺

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，特别是稀有金属合金制造领域。

背景技术

钽、铌及其合金共同特点是熔点高，共同的缺点是高温抗氧化性能差，有低温脆性。钽具有良好的物理、力学、工艺的综合性能，氧化膜致密、耐蚀，可用作航天高温结构材料，亦可用于医学，但主要用于电真空技术作电解电容器。铌除具有一般高熔点金属特性外，塑性特别好，加入强化元素仍不降低其塑性，焊接性能优良。铌和钽在电子技术、超导材料、耐热合金、硬质合金、合金钢、化工耐蚀材料等方面有重要用途。因此，铌和钽金属加工得到了很大的发展。随着电子技术的发展，溅射靶溅材需求越来越多，而铌和钽合金材料是制作溅射靶的极好材料。作为溅射靶材料，由于需要制成较薄的板材，因此延展性和晶粒大小直接影响产品质量，因此，如何提高铌和钽的合金的延展性和晶粒细度是该领域技术难点。根据检索，美国H.C.施塔克公司在中国申请的发明专利(CN200680030944.7)的用于制造深冲压杯和溅射靶的制造铌合金，其制备方法包括：(A)形成包含铌粉末和选自钇、铝、铪、钛、锆、钍、镧和铈的金属粉末的掺混物，并挤压所述掺混物形成压制的掺混物；(B)将所述压制的掺混物附到含铌电极上；(C)在真空电弧再熔化条件下熔化所述电极和压制的掺混物，使所述掺混物与熔化的电极混合；(D)冷却所述熔化的电极，形成合金锭；并(E)使所述合金锭进行热-机械加工步骤，形成锻造的产品。该工艺通过铌粉末中添加金属钇的粉末制备合金。但是根据使用效果，直接添加金属钇的粉末对于太高合金的延展性贡献不大。

发明内容

本发明目的是提供一种高延展性铌钇或钽钇合金板及制备工艺，以满足高质量溅射靶材的需要。

具体地说，高延展性铌钇或钽钇合金板，其是在铌或钽中含有占合金总量小于0.1％的钇元素。

本发明高延展性铌钇或钽钇合金板制备是在铌或钽中添加占合金总量小于0.08％--0.2％的氮化钇通过粉末冶金工艺制成。

具体地说，高延展性铌钇或钽钇合金板的制备工艺，其是按照如下步骤实施：

(1)制粉：将铌或钽金属制成细粉；

(2)合金化：在铌或钽金属细粉中添加占合金总量小于0.08％--0.2％的氮化钇；

(3)成型：在2400-2500℃下烧结、垂熔；

(4)热处理：在真空度至少达到10^-4Pa、温度为1350-1500℃下真空退火；

(5)锻造：在750T以上压力机上锻造压延；

(6)真空退火：真空度至少达到10^-4Pa、温度为1350-1400℃下真空退火。

本发明通过给铌或钽中添加氮化钇制成的铌钇或钽钇合金板具有晶粒细化、延展性好、材料一致性好的特点。本发明合金制成的溅射靶材优于纯铌或钽以及直接添加金属钇制成的合金靶材。

具体实施方式：

高延展性铌钇或钽钇合金板，其是在铌或钽中含有占合金总量小于0.1％的钇元素。

高延展性铌钇或钽钇合金板的制备工艺，其是按照如下步骤实施：

(1)制粉：将铌或钽金属制成细粉；

(2)合金化：在铌或钽金属细粉中添加占合金总量小于0.08％--0.2％的氮化钇；

(3)成型：在2400-2500℃下烧结、垂熔；

(4)热处理：在真空度至少达到10^-4Pa、温度为1350-1500℃下真空退火；

(5)锻造：在750T以上压力机上锻造压延；

(6)真空退火：真空度至少达到10^-4Pa、温度为1350-1400℃下真空退火。

本发明提供的铌和钽合金在电子技术、超导材料、耐热合金、硬质合金、合金钢、化工耐蚀材料等方面有重要用途。比如：

一、在电子技术方面：铌和钽的熔点高，发射电子能力强，并具有吸气能力，所以可以作电子管及其它电真空器件之用。如用钽作电子管的阳极、栅极和旁热阴极等受热元件，尤其是用作大功率振荡管的元件。有时也用铌钽合金或金属铌代替金属钽使用。固体电解质的钽电容器，体积小，容量大，绝缘电阻大，可在-80℃到200℃的温度范围内使用。微型钽电容器广泛用于无线电发射台、雷达电子计算机等设备中。用钽作电解电容器和整流器，当阳极氧化时，能形成稳定的氧化膜。此氧化膜在酸性电解质中稳定，并且只允许电流单向从电解质到金属方向流动。在逆方向上Ta₂O₅膜的比电阻非常大(7.5x10¹²·cm)，介电常数ε＝11.6。也可以用含5～15％Nb的铌钽合金或金属铌作电容器，但钽比铌能耐更高的电压和具有较少的剩余电流。

二、耐热合金及硬质合金：铌和钽用于生产各种耐热合金的添加剂，可以显著改善合金的性能。这种合金用于制造喷气发动机和燃气轮机。铌和钽的碳化物也是碳化钨硬质合金的组成成分。

三、合金钢：大部分铌用于生产各种合金钢。加入到镍铬不锈钢中可以消除不锈钢的晶间腐蚀和防止焊缝破裂。铌也用在碳钢、低合金钢和低碳钢的合金成分。低合金钢主要用于生产输气管道和汽车制造方面。铌通常是以铌铁合金加入到合金钢中。

四、原子能工业中的应用

铌的热中子俘获截面小，又耐高温、耐腐蚀，可用作反应堆发热元件的防护罩，直到900℃铌与铀的相互作用还很微弱。此时，可以用钠或钠钾合金的液态金属载热体作冷却剂。而泥与这种液态冷却剂直到600℃也不发生作用。铌和锆作为合金添加剂加到铀中，能稳定铀表面上的防护氧化膜，因而提高了铀抗水蒸气作用的能力。

Claims (3)

1.高延展性铌钇或钽钇合金板，其特征是在铌或钽中含有占合金总量小于0.1％的钇元素。

2.如权利要求1所述高延展性铌钇或钽钇合金板的制备工艺，其特征是在铌或钽中添加占合金总量小于0.08％--0.2％的氮化钇通过粉末冶金工艺制成。

3.如权利要求2所述高延展性铌钇或钽钇合金板的制备工艺，其特征是按照如下步骤实施：

(1)制粉：将铌或钽金属制成细粉；

(2)合金化：在铌或钽金属细粉中添加占合金总量小于0.08％--0.2％的氮化钇；

(3)成型：在2400-2500℃下烧结、垂熔；

(4)热处理：在真空度至少达到10^-4Pa、温度为1350-1500℃下真空退火；

(5)锻造：在750T以上压力机上锻造压延；

(6)真空退火：真空度至少达到10^-4Pa、温度为1350-1400℃下真空退火。