CN103998635B - 钨合金、以及使用该钨合金的钨合金部件、放电灯、发射管和磁控管 - Google Patents

钨合金、以及使用该钨合金的钨合金部件、放电灯、发射管和磁控管 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是得到一种不使用作为放射性物质的钍也具有与含钍的钨合金相同或在其以上的发射特性的钨合金，以及提供使用该钨合金的放电灯、发射管和磁控管。本发明的钨合金中，在0.1wt％以上3wt％以下的范围内含有以HfC换算计的含有HfC的Hf成分。

Description

钨合金、以及使用该钨合金的钨合金部件、放电灯、发射管和 磁控管
技术领域
本发明的实施方式涉及钨合金、以及使用该钨合金的钨合金部件、放电灯用电极部件、放电灯、发射管和磁控管。
背景技术
钨合金部件因钨的高温强度而被应用在各式各样的领域中。例如，用作放电灯、发射管、磁控管。在放电灯(HID灯)中，钨合金部件被用作阴极电极、电极支承棒、线圈部件等。在发射管中，钨合金部件被用作丝极(日文：フィラメント)或者网状栅极(日文：メッシエグリッド)等。在磁控管中，钨合金部件被用作线圈部件等。这些钨合金部件采取具有规定形状的烧结体、线材、将线材形成为线圈状的线圈部件的形状。
以往，使用日本专利特开2002-226935号公报(专利文献1)所记载的含有钍(或钍化合物)的钨合金作为这些钨合金部件。专利文献1的钨合金是使钍粒子和钍化合物粒子以平均粒径在0.3μm以下进行微细分散，以提高抗变形性的合金。含钍的钨合金因其射极特性和高温下的机械强度优异，所以使用在前述的领域中。
但是，因为钍或钍化合物是放射性物质，所以考虑到对环境的影响，期待不使用钍的钨合金部件。在日本专利特开2011-103240号公报(专利文献2)中，开发出含有硼化镧(LaB6)的钨合金部件作为不使用钍的钨合金部件。
另外，在专利文献3中记载了使用了含有氧化镧(La2O3)、和HfO2或ZrO2的钨合金的短路电弧型高压放电灯。通过专利文献3记载的钨合金不能得到足够的发射特性。这是因为氧化镧的熔点为2300℃左右，较低，在提高施加电压或者电流密度，使部件达到高温时，氧化镧早早就被蒸发，发射特性下降。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2002-226935号公报
专利文献2:日本专利特开2011-103240号公报
专利文献3:日本专利第4741190号专利公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
例如，将钨合金部件用途之一的放电灯大致分成低压放电灯和高压放电灯这两种。低压放电灯可列举普通照明、使用在道路或者隧道等的特殊照明、涂料固化装置、ＵＶ固化装置、杀菌装置、半导体等的光清洁装置等的各种各样的电弧放电型的放电灯。另外，高压放电灯可列举：供水和排水的处理装置、普通照明、竞技场等的室外照明、ＵＶ固化装置、半导体或者印刷基板等的曝光装置、晶片检查装置、投影仪等的高压汞灯、金属卤化物灯、超高压汞灯、氙灯、钠灯等。
放电灯根据其用途施加10V以上的电压。对专利文献2所记载的含有硼化镧的钨合金以不到100V施加电压，能够获得与含钍的钨合金同等的寿命。但是，随着电压增大到100V以上,发射特性降低，其结果寿命也大大缩短。
关于发射管和磁控管，也同样存在随着施加电压的增大，不能获得足够的特性的问题。
本发明是为了解决上述问题而进行的发明，其目的在于提供不使用作为放射性物质的钍，具有与含钍的钨合金相同或在其以上的特性的钨合金、使用钨合金的钨合金部件、放电灯、发射管和磁控管。
解决技术问题所采用的技术方案
根据实施方式，提供一种含有Ｗ成分和含HfC的Hf成分的钨合金。Hf成分的以HfC换算计的含量为0.1wt％～5wt％，较好范围为0.1wt％～3wt％。另外，HfC粒子的平均一次粒径较好在15μm以下。
实施方式的钨合金部件的特征为含有以HfC换算计为0.1～3wt％的Hf。
另外，较好含有选自Hf、HfC、C的至少二种以上。另外，将Hf、HfC和C的总量以HfCx换算时，较好为x＜1。另外，将Hf、HfC和C的总量以HfCx换算时，较好为0＜x＜1。另外，将Hf、HfC和C的总量以HfCx换算时，较好为0.2＜x＜0.7。此外，将钨合金部件的表面部的碳量记作C1(wt％)，将中心部的碳量记作C2(wt％)时，较好是C1＜C2。此外，较好是含有0.01wt％以下的K、Si和Al中的至少一种。此外，将Hf含量记作100质量份时，Zr含量较好是10质量份以下。此外，钨的平均结晶粒径较好是1～100μm。
另外，实施方式的钨合金部件较好用于放电灯用部件、发射管用部件、磁控管用部件的至少1种。
此外，实施方式的放电灯的特征是使用了实施方式的钨合金部件。此外，实施方式的发射管的特征是使用了实施方式的钨合金部件。此外，实施方式的磁控管的特征是使用了实施方式的钨合金部件。
实施方式的放电灯用电极部件的特征是：在由钨合金形成的放电灯用电极部件中，钨合金含有以HfC换算计为0.1～5wt％的Hf成分，并且Hf成分中HfC粒子的平均粒径在15μm以下。
此外，HfC粒子的平均粒径较好在5μm以下、且最大径在15μm以下。此外，Hf成分较好是以HfC和金属Hf这两种存在。此外，Hf成分较好是金属Hf存在于HfC粒子的表面。此外，较好是在Hf成分中，金属Hf的一部分或全部固溶于钨中。此外，将Hf成分的总含量记作100质量份时，成为HfC粒子的Hf的比例较好是25～75质量。此外，钨合金较好是含有0.01wt％以下的由K、Si、Al中的至少一种构成的掺杂材料。此外，钨合金较好是含有2wt％以下的Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、稀土元素中的至少一种。此外，线径较好是0.1～30mm。此外，钨合金的维氏硬度Hv较好在330～700的范围内。此外，放电灯用电极部件较好是具有将前端制成锥形状的前端部和圆柱状的主体部。
此外，在观察主体部的圆周方向截面的结晶组织时，每单位面积300μm×300μm上，1～80μm的钨结晶的面积率较好是90％以上。此外，在观察主体部的侧面方向截面的结晶组织时，每单位面积300μm×300μm上，2～120μm的钨结晶的面积率较好是90％以上。
此外，实施方式的放电灯的特征是使用了实施方式的放电灯用电极部件。此外，放电灯的施加电压较好是100V以上。
发明的效果
实施方式的钨合金因为不含有作为放射性物质的钍(包括氧化钍)，所以对环境没有恶劣影响。而且，实施方式的钨合金具有与含钍的钨合金相同或在其以上的特性。因此，可以将使用该钨合金的钨合金部件、放电灯用电极部件、放电灯、发射管、磁控管制成对环境友好的制品。
附图说明
图1是显示第一实施方式的钨合金部件的一例的图。
图2是显示第一实施方式的钨合金部件的其他例的图。
图3是显示第一实施方式的放电灯的一例的图。
图4是显示第一实施方式的磁控管用部件的一例的图。
图5是显示第二实施方式的放电灯用电极部件的一例的图。
图6是显示第二实施方式的放电灯用电极部件的其他例的图。
图7是显示第二实施方式的放电灯用电极部件的主体部的圆周方向截面的一例的图。
图8是显示第二实施方式的放电灯用电极部件的主体部的侧面方向截面的一例的图。
图9是显示第二实施方式的放电灯的一例的图。
图10是显示实施例1和比较例1的发射电流密度－施加电压的关系的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
根据实施方式1，提供一种含有Ｗ成分和含HfC的Hf成分的钨合金。Hf成分的以HfC换算计的含量为0.1wt％～3wt％。Hf成分因为至少含有HfC，所以也可以含有HfC以外的含Hf化合物、Hf单质等。作为含Hf化合物的例子，包括HfO2。
第一实施方式的钨合金构件的特征是：为由含有以HfC换算计为0.1wt％～3wt％的Hf成分的钨合金构成的部件。
通过含有以HfC(碳化铪)换算计为0.1～3wt％的Hf(铪)成分，能提高发射特性和强度等的特性。即，如果Hf成分含量以HfC换算计低于0.1wt％，则添加的效果不够，如果超过3wt％，则特性降低。此外，Hf成分含量以HfC换算计较好为0.5～2.5wt％。
此外，钨合金所含的HfC成分较好含有Hf、HfC、C中的至少两种以上。即，作为HfC成分，以Hf和HfC的组合、Hf和C(碳)的组合、HfC和C(碳)的组合、Hf和HfC和C(碳)的组合的任意一种含有HfC成分。如果比较各自的熔点，金属Hf为2230℃，HfC为3920℃，钨为3400℃(参见岩波书店的《理化学事典》)。金属钍的熔点为1750℃、氧化钍(ThO2)的熔点为3220±50℃。铪与钍相比，熔点较高，所以与含钍的钨合金相比，能够使高温强度相同或在其以上。
另外，将Hf、HfC和C(碳)的总量以HfCx换算时，较好为x＜1。x＜1意味着钨合金中所含的HfC成分不是都以HfC的形态存在，而是其中一部分形成为金属Hf。金属Hf的功函数为3.9，与金属Th的功函数3.4同等，所以能够使发射特性提高。另外，金属铪因为与钨形成固溶体，所以是提高强度的有效的元素。
另外，将Hf、HfC和C的总量以HfCx换算时，较好为0＜x＜1。关于x＜1，如前所述。另外，0＜x的意思是作为钨合金中所含的HfC成分，存在HfC或C中的任一种。HfC或C具有除去钨合金所含的杂质氧的脱氧效果。因为通过减少杂质氧能降低钨合金部件的电阻，所以能够提高作为电极的特性。另外，将Hf、HfC和C的总量以HfCx换算时，较好为0.2＜x＜0.7。如果在该范围内，金属Hf、HfC或C能平衡存在，发射特性、强度、电阻、寿命等的特性提高。
此外，钨合金部件中的Hf、HfC、C的含量的测定方法采用ICP分析法及燃烧－红外线吸收法。如果采用ICP分析法，可测定将Hf的Hf量和HfC的Hf量合计而得的Hf量。同样，通过燃烧－红外线吸收法能够测定将HfC的碳量、和单独存在的碳量或者以作为其他碳化物存在的碳量合计而得的碳量。在实施方式中，通过ICP分析法和燃烧－红外线吸收法测定Hf量、Ｃ量，将其换算成HfCx。
此外，也可以含有0.01wt％以下的K、Si和Al中的至少一种。K(钾)、Si(硅)、Al(铝)都为掺杂材料，通过添加这些掺杂材料能够提高重结晶特性。通过提高重结晶特性，在进行重结晶热处理时就容易获得均匀的重结晶组织。此外，对于掺杂材料的含量的下限无特别限定，但较好为0.001wt％以上。如果不到0.001wt％，添加的效果会减小；如果超过0.01wt％，烧结性和加工性会变差，量产性下降。
此外，将Hf含量记作100质量份时，Zr含量较好是10质量份以下。该Hf含量表示Hf和HfC的总计的Hf量。Zr(锆)的熔点高达1850℃，所以即使钨合金部件中含有Zr，恶劣影响也少。此外，在市售的Hf粉等中，根据粉的等级也会包含数十个百分点的Zr。使用除去了杂质的高纯度Hf粉或高纯度HfC粉在提高特性上是有效的。但是，原料的高纯度化会成为成本上升的原因。将Hf记作100重量份时，如果Zr(锆)含量在10质量份以下，则不会使特性过度下降。
此外，将钨合金部件的表面部的碳量记作C1(wt％)，将中心部的碳量记作C2(wt％)时，较好是C1＜C2。表面部表示从钨合金的表面开始到20μm为止的部分。此外，中心部是指钨合金部件的截面的中心部分。此外，该碳量是将HfC等的碳化物的碳和单独存在的碳这两者合计而得的值，通过燃烧－红外线吸收法进行分析。表面部的碳量C1＜中心部的碳量C2表示表面部的碳通过脱氧而成为CO2，并跑到系统外。此外，表面部的碳量减少表示成为表面部的Hf量相对增加的状态。为此，使用Hf作为射极材料时，特别有效。
此外，钨的平均结晶粒径较好是1～100μm。钨合金部件较好为烧结体。如果为烧结体，通过利用成形工序则能制成各式各样形状的部件。通过实施锻造工序、压延工序、拉丝工序等容易将烧结体加工成线材(包括丝极)和线圈部件等。
此外，钨结晶在为烧结体时，是长宽比不到3的结晶在90％以上的各向同性结晶组织。此外，如果进行拉丝加工，则形成长宽比为3以上的结晶在90％以上的扁平结晶组织。此外，钨结晶的粒径的计算方法是利用金属显微镜等的放大照片来拍摄结晶组织。对于此处显示的一个钨结晶，测定最大弗雷特直径(日文：最大フエレ一径)，将其作为粒径。对任意的100粒进行该操作，将其平均值作为平均结晶粒径。
另外，如果钨的平均结晶粒径小于1μm，则较难使Hf、HfC或C的分散成分达到均匀分散的状态。分散成分存在于钨结晶之间的晶界上。因此，如果钨的平均结晶粒径小到低于1μm，则晶界变小，难以使分散成分均匀分散。另外，如果钨的平均结晶粒径大于100μm，作为烧结体的强度下降。为此，钨的平均结晶粒径较好是1～100μm，更好为10～60μm。
从均匀分散的观点看，Hf、HfC或C的分散成分的平均粒径较好小于钨的平均结晶粒径。另外，关于分散成分的平均粒径也可使用最大弗雷特直径。另外，钨的平均结晶粒径定为A(μm)、分散成分的平均粒径定为B(μm)时，较好B/A≤0.5。Hf、HfC或C的分散成分存在于钨结晶之间的晶界，能够起到射极材料或者晶界强化材料的功能。通过将分散成分的平均粒径减小到钨的平均结晶粒径的1/2以下，能够使分散成分容易地均匀分散在钨结晶晶界，减少特性的参差不齐。
前述的钨合金和钨合金部件较好用于放电灯用部件、发射管用部件、磁控管用部件的至少1种。
作为放电灯用部件，可列举放电灯所用的阴极电极、电极支承棒、线圈部件。图1和图2显示了放电灯用阴极电极的一例。图中的1是阴极电极，2为电极主体部，3为电极前端部。阴极电极1由钨合金的烧结体形成。此外，电极前端部3的前端可以是图1所示的梯形状(截锥体形状)，也可以是图2所示的三角状(圆锥体形状)。根据需要，对前端部进行研磨加工。此外，电极主体部2较好是直径2～35mm的圆柱状，电极主体部2的长度较好是10～600mm。
图3显示了放电灯的一例。图中1为阴极电极，4为放电灯，5为电极支承棒，6为玻璃管。在放电灯4中，以使电极前端部相向的方式配置一对阴极电极1。阴极电极1与电极支承棒5接合。此外，在玻璃管6的内部设置有未图示的荧光体层。此外，根据需要在玻璃管的内部封入汞、卤素、氩气(或者氖气)等。
此外，实施方式的钨合金部件用作电极支承棒5的情况下，可以整个电极支承棒是实施方式的钨合金，也可以是与阴极电极接合的部分使用实施方式的钨合金，而剩余部分与其他引线材料接合的形状。
此外，根据放电灯的种类，也存在将线圈部件安装在电极支承棒上作为电极使用的放电灯。也可以使用实施方式的钨合金作为该线圈部件。
另外，实施方式的放电灯是使用了实施方式的钨合金部件的放电灯。对于放电灯的种类无特别限定，可以适用于低压放电灯和高压放电灯中的任一种。此外，低压放电灯可列举普通照明、使用在道路或者隧道等的特殊照明、涂料固化装置、ＵＶ固化装置、杀菌装置、半导体等的光清洁装置等的各种各样的电弧放电型的放电灯。另外，高压放电灯可列举：供水和排水的处理装置、普通照明、竞技场等的室外照明、ＵＶ固化装置、半导体或者印刷基板等的曝光装置、晶片检查装置、投影仪等的高压汞灯、金属卤化物灯、超高压汞灯、氙灯、钠灯等。
此外，实施方式的钨合金部件作为发射管用部件也是适合的。作为发射管用部件，可列举丝极或者网状栅极。此外，网状栅极可以是将线材编织成网状的网状栅极，也可以是在烧结体板上形成有多个孔的网状栅极。
实施方式的发射管因为使用了实施方式的钨合金部件作为发射管用部件，所以特性比较理想。
此外，实施方式的钨合金部件作为磁控管用部件也是适合的。作为磁控管用部件，可列举线圈部件。图4显示了作为磁控管用部件的一例的磁控管用阴极构造体。图中7为线圈部件，8为上部支承部件，9为下部支承部件，10为支承棒，11为磁控管用阴极构造体。上部支承部件8和下部支承部件9通过支承棒10成为一体。支承棒10的周围配置有线圈部件7，与上部支承部件8和下部支承部件9成为一体。这样的磁控管用部件适合于微波炉。此外，线圈部件使用的钨线材的线径较好是0.1～1mm。另外，线圈部件的直径较好是2～6mm。在使用实施方式的钨合金部件作为磁控管用部件时，显示优异的发射特性和高温强度。为此能够使使用了钨合金部件的磁控管的可靠性提高。
接着，对第一实施方式的钨合金及钨合金部件的制造方法进行说明。第一实施方式的钨合金及钨合金部件只要具有前述的构造，对其制造方法就没有特定限定，作为高效的制造方法可例举以下的方法。
首先准备作为原料的钨粉末。钨粉末的平均粒径较好为1～10μm。平均粒径不到1μm，钨粉末容易凝集，很难均匀分散HfC成分。如果超过10μm，作为烧结体的平均结晶粒径则有可能超过100μm。此外，纯度根据目标用途不同而不同，但较好是99.0wt％以上、更好是99.9wt％以上的高纯度钨粉末。
然后，准备作为HfC成分的HfC粉末。另外，也可使用Hf粉末和碳粉末的混合物来代替HfC粉末。此外，也可不单独使用HfC粉末，而是使用在HfC粉末中混合了Hf粉末或碳粉末的1～2种而得的粉末。其中，较好使用HfC粉末。HfC粉末在烧结工序中，一部分碳发生分解，与钨粉末中的杂质氧反应，生成二氧化碳，释放到系统以外，对钨合金的均匀化有贡献，所以较为理想。在使用Hf粉末和碳粉末的混合粉末的情况下，必须将Hf粉末和碳粉末这两者均匀混合，因此制造工序的负荷增加。此外，因为金属Hf容易氧化，所以较好使用HfC粉末。
此外，HfC成分粉末的平均粒径较好是0.5～5μm。如果平均粒径不到0.5μm，则HfC粉末的凝集增大，很难使其均匀分散。此外，如果超过5μm，则很难使其在钨结晶的晶界上均匀分散。此外，若从均匀分散的观点考虑，较好是HfC粉末的平均粒径≤钨粉末的平均粒径。
此外，在将HfC粉末或Hf粉末中的Hf量记作100质量份时，Zr较好是在10质量份以下。在HfC粉末或Hf粉末中存在Zr成分作为杂质含有的情况。如果相对于Hf量，Zr量在10质量份以下，则不会妨碍Hf成分对于特性的好处。此外，Zr量越少越好，但是原料的高纯度化会成为成本上升的主要因素。因此，Zr量更好是0.1～3质量份的范围。
此外，根据需要，可以添加选自K、Si、Al的一种以上的掺杂材料。其添加量较好为0.1质量％以下。
然后将各原料粉末均匀混合。混合工序较好使用球磨机等的混合机进行。混合工序较好是进行8小时以上、更好是20小时以上。此外，根据需要，也可以与有机粘合剂、有机溶剂混合制成浆料。此外，根据需要也可进行造粒工序。
然后以模具压制制成成形体。根据需要对成形体进行脱脂工序。接着，进行烧结工序。烧结工序较好是在氢等的还原气氛、氮等的惰性气氛或真空中进行。此外，烧结条件较好是在温度1400～3000℃下进行1～20小时。如果烧结温度不到1400℃或烧结时间不到1小时，则烧结不充分，烧结体的强度下降。此外，如果烧结温度超过3000℃或者烧结时间超过20小时，则钨结晶可能会过度粒生长。另外，通过在惰性气氛或者真空中进行烧结，烧结体表面部的碳容易排出到系统外。此外，烧结工序是通电烧结、常压烧结、加压烧结等，对此无特别限定。
接着，进行将烧结体(钨合金)加工为部件的工序。作为用于加工成部件的工序，可例举锻造工序、压延工序、拉丝工序、切割工序、研磨工序等。此外，在加工为线圈部件时，可例举盘绕工序(日文：コィリシグ工程)。此外，在制作作为发射管用部件的网状栅极时，可例举将丝极加工成网状的工序。
接着，在对部件加工后，根据需要进行矫正热处理。矫正热处理较好在还原气氛、惰性气氛或者真空中以1300～2500℃范围进行。通过矫正热处理能缓和加工成部件的工序中所产生的内部应力，以提高部件的强度。
(第二实施方式)
通过第二实施方式，提供含有Ｗ成分和含HfC粒子的Hf成分的钨合金、使用了钨合金的钨合金部件、放电灯、发射管和磁控管。Hf成分的以HfC换算计的含量为0.1wt％～5wt％。另外，HfC粒子的平均一次粒径在15μm以下。Hf成分因为至少含有HfC，所以也可以含有HfC以外的含Hf化合物、Hf单质等。作为含Hf化合物的例子，包括HfO2。
第二实施方式的放电灯用电极部件的特征是：在由钨合金形成的放电灯用电极部件中，钨合金含有以HfC换算计为0.1～5wt％的Hf成分，并且Hf成分中HfC粒子的平均粒径在15μm以下。
图5和图6显示了实施方式的放电灯用电极部件的一例。图中，21是放电灯用电极部件，22是具有锥形的前端部的放电灯用电极部件，23是前端部，24是主体部。放电灯用电极部件21是圆柱状，将其前端部23加工为锥形，形成放电灯用电极部件22。加工为锥形之前的放电灯用电极部件21通常为圆柱形状，但也可以是四棱柱形状。
首先，钨合金含有以HfC换算计为0.1～5wt％的Hf成分。Hf成分可例举HfC、Hf这两种。HfC(碳化铪)的情况下，Ｃ/Hf的原子比不限定于1，可以包括Ｃ/Hf的原子比在0.6～1的范围的物质。此外，Hf成分是以HfC(Ｃ/Hf原子比＝1)换算计为0.1～5wt％的含有成分。Hf成分是在放电灯用电极部件中作为射极材料发挥作用的成分。Hf成分的含量以HfC换算计不到0.1wt％时，发射特性不够。另一方面，如果超过5wt％，则有可能导致强度下降等。因此，Hf成分以HfC换算计较好是0.3～3.0wt％，更好是0.5～2.5wt％。
此外，Hf成分如前所述作为HfC或Hf存在。其中，HfC的一次粒子必须是平均粒径为15μm以下的粒子。即，HfC是HfC粒子是重要的。HfC粒子存在于钨结晶粒子之间的晶界上。为此，如果HfC粒子过大，钨结晶粒子之间的间隙则会增大，成为密度下降和强度下降的原因。此外，如果存在于钨结晶粒子之间的晶界上，HfC粒子不仅起到发射材料的功能，还能起到分散强化材料的功能，所以还可获得电极部件的强度提高。
此外，HfC粒子的一次粒子的平均粒径较好在5μm以下、且最大径在15μm以下。另外，HfC粒子的一次粒子的平均粒径较好在0.1～3μm。此外，最大径较好在1～10μm以下。在平均粒径不到0.1μm或最大径不到1μm的小的HfC粒子的情况下，因为发射所产生的消耗会早早消耗完。为了延长作为电极的寿命，较好HfC粒子的平均粒径在0.1μm以上或最大径在1μm以上。
此外，HfC粒子的分散状态较好是：在200μm的任意直线上存在2～30个HfC粒子的范围。如果HfC粒子的个数在每200μm直线上不到2个(0～1个)，则部分区域HfC粒子变少，发射的不均匀性增大。相反，如果HfC粒子的个数在每200μm直线上多达超过30个(31个以上)，则部分区域的HfC粒子过多，有可能出现强度下降等的恶劣影响。另外，HfC粒子的分散状态的测定方法是通过对钨合金的任意截面进行放大拍摄。放大照片的倍率在1000倍以上。在放大照片上画200μm的任意直线(线粗度0.5mm)，计算该线上所存在的HfC粒子的个数。
此外，HfC粒子的二次粒子的最大径较好在100μm以下。HfC粒子的二次粒子是指一次粒子的凝集体。如果二次粒子超过100μm，较大时，钨合金部件的强度则会下降。为此，HfC粒子的二次粒子的最大径在100μm以下，较好在50μm以下，更好是小到20μm以下。
此外，Hf成分中，Hf(金属Hf)存在各式各样的分散状态。
第一分散状态是作为金属Hf粒子存在的状态。金属Hf粒子与HfC粒子同样，存在于钨结晶粒子之间的晶界上。通过存在于钨结晶粒子之间的晶界上，金属Hf粒子也起到发射材料和分散强化材料的功能。为此，金属Hf粒子的一次粒径的平均粒径较好在15μm以下，更好在10μm以下，进一步更好是0.1～3μm。此外，最大径较好在15μm以下，更好在10μm以下。此外，关于金属Hf粒子，在制作钨合金时，可以采用预先将HfC粒子和金属Hf粒子混合的方法，也可以采用在制造工序中对HfC粒子进行脱碳的方法。另外，如果使用脱碳的方法，因为也能获得与钨中的氧反应，作为二氧化碳排出到系统外的脱氧效果，所以较为理想。如果能够脱氧，因能降低钨合金的电阻，所以作为电极可提高导电性。另外，金属Hf粒子的一部分可以变为HfO2粒子。
第二分散状态是金属Hf存在于HfC粒子的表面的状态。与第一分散状态相同，在制作钨合金的烧结体时，碳从HfC粒子表面脱碳，成为在表面形成有金属Hf被膜的状态。即使是带有金属Hf被膜的HfC粒子，也显示优异的发射特性。此外，带有金属Hf被膜的HfC粒子的一次粒径的平均粒径较好在15μm以下，更好在10μm以下，进一步更好是0.1～3μm。此外，最大径较好在15μm以下，更好在10μm以下。
第三分散状态是金属Hf的一部分或者全部固溶在钨中的状态。金属Hf是与钨形成固溶体的组合。通过形成固溶体能够提高钨合金的强度。此外，有无固溶的测定方法可通过XRD分析来进行。首先，测定Hf成分和碳的含量。此外，根据Hf成分中的Hf量和碳量进行HfC换算，确认到HfCx、x＜1。然后，进行XRD分析确认没有检出金属Hf的峰。尽管HfCx、x＜1、以未变成碳化铪的铪存在，没有检出金属Hf的峰意味着金属Hf固溶于钨中。
另一方面，HfCx、x＜1、以未变成碳化铪的铪存在，并且还检出了金属Hf的峰，意味着是金属Hf没有固溶而是存在于钨结晶之间的晶界上的第一分散状态。此外，第二分散状态可通过使用EPMA(电子探针显微分析仪)或TEM(透射型电子显微镜)进行分析。
金属Hf的分散状态可以是第一分散状态、第二分散状态、第三分散状态中的任意一种或者两种以上的组合。
此外，将Hf成分的总含量(Hf含量)记作100质量份时，成为HfC粒子的Hf的比例较好是25～75质量份。当然，Hf成分也可以全部都是HfC粒子。如果是HfC粒子就能获得发射特性。另一方面，通过使金属Hf分散，能够提高钨合金的导电性和强度。但是，如果Hf的全部为金属Hf，发射特性和高温强度则降低。金属Hf的熔点为2230℃，HfC的熔点为3920℃，金属钨的熔点为3400℃。因为HfC的熔点更高，所以以规定量含有HfC的钨合金的高温强度提高。此外，HfC的表面电流密度与ThO2大致相等，所以可流通与含氧化钍的钨合金同样的电流。因此，即使作为放电灯，也能够以与含氧化钍的钨合金电极同样的电流密度相对应，所以不需要改变控制电路等的设计。因此，将Hf成分的总含量记作100质量份时，HfC粒子的比例较好是25～75质量份。进一步更好是35～65质量份。
另外，分析HfC和金属Hf的含量的方法是通过ICP分析法测定钨合金中的总Hf量。然后，通过燃烧－红外线吸收法测定钨合金中的总碳量。在钨合金是与Hf成分形成的二元体系的情况下，可认为所测定的总碳量全部变成HfC。因此，根据所测定的总Hf量和总碳量的比较，可测定Hf成分中的HfC量。采用该方法的情况下，以Ｃ/Hf＝2来计算HfC量。
此外，HfC粒子的尺寸的测定通过下述方法测定：在钨合金烧结体的任意截面上拍摄放大照片，将其中显示出的HfC粒子的最长的对角线作为HfC粒子的粒径。进行该操作，测定50个HfC粒子，将其平均值作为HfC粒子的平均粒径。此外，将HfC粒子的粒径(最长的对角线)中的最大的值作为HfC粒子的最大径。
此外，钨合金可以含有0.01wt％以下的由K、Si、Al中的至少一种构成的掺杂材料。K(钾)、Si(硅)、Al(铝)都为掺杂材料，通过添加这些掺杂材料能够提高重结晶特性。通过提高重结晶特性，在进行重结晶热处理时就容易获得均匀的重结晶组织。此外，对于掺杂材料的含量的下限无特别限定，但较好为0.001wt％以上。如果不到0.001wt％，添加的效果会减小；如果超过0.01wt％，烧结性和加工性会变差，量产性下降。
此外，钨合金可以含有2wt％以下的Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、稀土类元素中的至少一种。Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、稀土元素的至少一种分别可以采用金属单质、氧化物、碳化物中的任一种形态。此外，也可含有两种以上。即使在含有两种以上的情况下，其总量也较好在2wt％以下。这些含有成分主要起到分散强化材料的功能。HfC粒子因为起到发射材料的功能，所以若长时间使用放电灯就会逐渐被消耗。Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、稀土元素的发射特性弱，所以因发射引起的消耗少，可长期维持作为分散强化材料的功能。对于含量的下限没有特别限定，但较好在0.01wt％以上。此外，这些成分中，较好是Zr、稀土元素。这些成分是原子半径在0.16nm以上的大原子，所以是表面电流密度大的成分。换言之，可以说含有原子半径在0.16nm以上的元素的金属单质或者其化合物较好。
此外，放电灯用电极部件较好是具有将前端制成锥形状的前端部和圆柱状的主体部。通过形成锥形，即形成将前端部削尖的形状就能够提高作为放电灯用电极部件的特性。如图6所示，对于前端部23和主体部24的长度比例没有特别限定，可根据用途进行设定。
此外，放电灯用电极部件的线径φ较好为0.1～30mm。如果不到0.1mm，则不能具有作为电极部件的强度，在组装到放电灯中时，有可能发生折断，或在将前端部加工为锥形时，有可能发生折断。如果超过30mm较大时，如后叙那样，控制钨结晶组织的均匀性变得困难。
此外，在观察主体部的圆周方向截面(横截面)的结晶组织时，每单位面积300μm×300μm上，结晶粒径为1～80μm的钨结晶的面积率较好是90％以上。图7显示了主体部的圆周方向截面的一例。图中，24是主体部，25是圆周方向截面。在测定圆周方向截面的结晶组织时，对主体部的长度的中心截面以放大照相的方式进行拍照。此外，在线径细、一个视野内无法测定单位面积300μm×300μm时，可多次拍摄任意的圆周方向截面。放大照片中，将其中显示的钨结晶粒子的最长对角线作为最大径，测定该最大径在1～80μm的范围内的钨结晶粒子的面积％。
主体部的圆周方向截面的钨结晶在每单位面积上，结晶粒径为1～80μm的钨结晶的面积率在90％以上表示结晶粒径不到1μm的小的钨结晶及超过80μm的大的钨结晶少。如果不到1μm的钨结晶过多，则钨结晶粒子之间的晶界会变得过小。晶界中HfC粒子的比例如果增大，则在因为发射而HfC粒子消耗时，成为大的缺陷，钨合金的强度降低。另一方面，如果超过80μm的大的钨结晶粒子多，则晶界变得过大，钨合金的强度下降。更好是1～80μm的钨结晶的面积率在96％以上，进一步更好是面积率为100％。
此外，圆周方向的截面的钨结晶粒子的平均粒径较好在50μm以下，更好在20μm以下。此外，钨结晶粒子的平均长宽比较好是小于3。另外，在测定长宽比时，拍摄单位面积300μm×300μm的放大照片，将其中显示的钨结晶粒子的最大径(弗雷特直径)作为长径L，将自长径L的中心垂直延伸的粒径作为短径S，将长径L/短径S作为长宽比。对50粒进行该操作，将其平均值作为平均长宽比。此外，计算平均粒径时，将(长径L+短径S)/2作为粒径，将50粒的平均值作为平均粒径。
此外，在观察主体部的侧面方向截面(纵截面)的结晶组织时，每单位面积300μm×300μm上，结晶粒径为2～120μm的钨结晶的面积率较好是90％以上。图8显示了侧面方向截面的一例。图中，24是主体部，26是侧面方向截面。在测定侧面方向截面的结晶组织时，测定通过主体部的线径的中心的截面。此外，在一个视野内无法测定单位面积300μm×300μm时，可多次拍摄任意的侧面方向截面。放大照片中，将其中显示的钨结晶粒子的最长对角线作为最大径，测定该最大径在2～120μm的范围内的钨结晶粒子的面积％。
主体部的侧面方向截面的钨结晶在每单位面积上结晶粒径为2～120μm的钨结晶的面积率在90％以上，表示结晶粒径不到2μm的小的钨结晶及超过120μm的大的钨结晶少。如果不到2μm的钨结晶过多，则钨结晶粒子之间的晶界会变得过小。晶界中HfC粒子的比例如果增大，则在因为发射而HfC粒子消耗时，成为大的缺陷，钨合金的强度降低。另一方面，如果超过120μm的大的钨结晶粒子多，则晶界变得过大，钨合金的强度下降。更好是2～120μm的钨结晶的面积率在96％以上，进一步更好是面积率为100％。
此外，侧面方向截面的钨结晶粒子的平均粒径较好在70μm以下，更好在40μm以下。此外，钨结晶粒子的平均长宽比较好在3以上。平均粒径和平均长宽比的测定方法与圆周方向截面相同。
如上所述，通过控制钨结晶粒子的尺寸、Hf成分的尺寸和比例，能够提供放电特性优异、且强度尤其是高温强度的钨合金。因此，放电灯用电极部件的特性也提高。
此外，钨合金的相对密度较好是95.0％以上，更好是98.0％以上。如果相对密度不到95.0％，则气泡增加，有可能产生强度下降和部分放电等的恶劣影响。另外，相对密度的计算方式是将基于阿基米德法的实测密度除以理论密度而得的值。即、(实测密度/理论密度)×100(％)＝相对密度。此外，关于理论密度，是作为钨的理论密度19.3g/cm3、铪的理论密度13.31g/cm3、碳化铪的理论密度12.2g/cm3，根据各自的质量比通过计算而求得的值。例如，在由1wt％的HfC、0.2wt％的Hf、其余为钨构成的钨合金的情况下，理论密度是12.2×0.01+13.31×0.002+19.3×0.988＝19.21702g/cm3。此外，计算理论密度时，可以不考虑杂质的存在。
此外，钨合金的维氏硬度Hv较好在330以上。Hv更好在330～700的范围内。如果维氏硬度Hv不到330，则钨合金过于柔软，强度降低。另一方面，如果Hv超过700，则钨合金过硬，难以将前端部加工成锥形状。此外，如果过硬，则在主体部长的电极部件的情况下，没有柔软性而有可能容易折断。此外，可以使钨合金的3点弯曲强度高达400MPa以上。
此外，放电灯用电极部件的表面粗糙度Ra较好在5μm以下。特别是关于前端部，表面粗糙度Ra较好在5μm以下，更好是小至3μm以下。如果表面凹凸大，则发射特性下降。
如果是如上所述的放电灯用电极部件，可适用于各式各样的放电灯。因此，即使施以施加电压高达100V以上的电压，也能实现长寿命。此外，并不受如前所述的低压放电灯和高压放电灯等的使用制限。此外，主体部的线径可为0.1～30mm，从线径为0.1mm以上3mm以下的细尺寸，超过3mm且在10mm以下的中等尺寸，到超过10mm且在30mm以下的粗线径都适用。此外，电极主体部的长度较好是10～600mm。
图9显示了放电灯的一例。图中22为电极部件(已对前端部进行锥形加工)，27为放电灯，28为电极支承棒，29为玻璃管。放电灯27中，以使电极前端部相向的方式配置一对电极部件22。电极部件22与电极支承棒28接合。此外，在玻璃管29的内面设置有未图示的荧光体层。此外，根据需要在玻璃管的内部封入汞、卤素、氩气(或者氖气)等。
此外，实施方式的放电灯是使用了第二实施方式的钨合金和电极部件的放电灯。对于放电灯的种类无特别限定，可以适用于低压放电灯和高压放电灯中的任一种。此外，低压放电灯可列举普通照明、使用在道路或者隧道等的特殊照明、涂料固化装置、ＵＶ固化装置、杀菌装置、半导体等的光清洁装置等的各种各样的电弧放电型的放电灯。另外，高压放电灯可列举：供水和排水的处理装置、普通照明、竞技场等的室外照明、ＵＶ固化装置、半导体或者印刷基板等的曝光装置、晶片检查装置、投影仪等的高压汞灯、金属卤化物灯、超高压汞灯、氙灯、钠灯等。此外，因为提高了钨合金的强度，所以也可应用于如汽车用放电灯那样的伴随移动(振动)的领域。
接着，对制造方法进行说明。第二实施方式的钨合金和放电灯用电极部件只要具有前述的构造，对其制造方法就没有特别限定，作为高效获得制品的制造方法可例举以下的方法。
首先，作为钨合金的制造方法，进行含有Hf成分的钨合金粉末的制备。
首先，准备作为Hf成分的HfC粉末。HfC粒子的一次粒径的平均粒径较好在15μm以下，更好是平均粒径在5μm以下。此外，较好是使用筛预先将最大径超过15μm的粒子除去。此外，在欲使最大径在10μm以下时，使用具有目标筛孔径的筛除去大的HfC粒子。此外，在欲除去小粒径的HfC粒子时，也使用具有目标筛孔径的筛进行除去。此外，在进行过筛前，较好是利用球磨机等对HfC粒子进行粉碎工序。通过进行粉碎工序，能够破坏凝集体，所以容易进行基于过筛的粒径控制。
接着，进行混合金属钨粉末的工序。此外，金属钨粉末的平均粒径较好是0.5～10μm。此外，可以是钨纯度在98.0wt％以上、氧含量在1wt％以下、杂质金属成分在1wt％以下的钨粉末。此外，与HfC粒子同样，较好是通过预先利用球磨机等进行粉碎、过筛的工序，预先除去小粒子和大粒子。
在HfC换算时，以达到目标的Hf成分量(HfC换算0.1～3wt％)的条件添加金属钨粉末。将HfC粒子和金属钨粉末的混合粉末投入混合容器，使混合容器旋转进行均匀混合。此时，通过将混合容器制成圆筒形状，使其沿圆周方向旋转，能够使其顺利地混合。通过该工序，可制备含有HfC粒子的钨粉末。此外，考虑到在后述的烧结工序时进行脱碳，还可以添加微量的碳粉末。此时，添加的量与脱碳的碳量相同或者其量以下。
接着，使用所得的含有HfC粒子的钨粉末来制备成形体。在形成成形体时，根据需要制成使用粘合剂的成形体。此外，成形体是圆柱形状时，较好是直径为0.1～40mm的圆柱形状。此外，如后所述从板状的烧结体切割出的情况下，成形体的尺寸是任意的。此外，成形体的长度(厚度)是任意的。
接着，进行预烧结成形体的工序。预备烧结较好是在1250～1500℃下进行。通过该工序，能够得到预备烧结体。接着，进行对预烧结体进行通电烧结的工序。通电烧结较好是以烧结体达到2100～2500℃的温度条件进行通电。如果温度不到2100℃，则无法达到充分的致密化，强度降低。此外，如果超过2500℃，则HfC粒子和钨粒子的粒生长过度，无法得到目标结晶组织。
此外，作为其他方法，可使用将成形体在温度1400～3000℃下烧结1～20小时的方法。如果烧结温度不到1400℃或烧结时间不到1小时，则烧结不充分，烧结体的强度下降。此外，如果烧结温度超过3000℃或者烧结时间超过20小时，则钨结晶可能会过度粒生长。
此外，作为烧结气氛，可例举在氮或氩等的惰性气氛中、氢等的还原气氛中、真空中。如果是这些气氛，在烧结工序时HfC粒子的碳会脱碳。在脱碳时将钨粉末中的杂质氧一起除去，所以能够将钨合金中的氧含量减小到1wt％以下，进一步减小到0.5wt％以下。如果钨合金中的氧含量减少，则导电性提高。
通过该烧结工序，可得到含有Hf成分的钨烧结体。此外，如果预烧结体是圆柱形状，则烧结体也会成为圆柱状烧结体(铸锭)。此外，是板状烧结体的情况下，进行切割成规定尺寸的工序。通过该切割工序，形成圆柱状烧结体(铸锭)。
接着，通过对圆柱状烧结体(铸锭)实施锻造加工、压延加工、拉丝加工等，进行制备线径的工序。此时的加工率较好在30～90％的范围。该加工率是指将加工前的圆柱状烧结体的截面积记作A，将加工后的圆柱状烧结体的截面积记作B时，根据加工率＝[(A-B)/A]×100％算出的值。此外，线径的制备较好是通过多次加工来进行。通过进行多次加工，可将加工前的圆柱状烧结体的孔隙破坏，得到密度高的电极部件。
例如，利用将直径25mm的圆柱状烧结体加工成直径20mm的圆柱状烧结体的情况进行说明。直径25mm的圆的截面积A是460.6mm2，直径20mm的圆的截面积B是314mm2，所以加工率是32％＝[(460.6-314)/460.6]×100％。此时，较好是通过多次的拉丝加工等进行从直径25mm到直径20mm的加工。
此外，如果加工率低到不足30％，则结晶组织在加工方向上无法充分延伸，钨结晶和钍成分粒子难以达到目标的尺寸。此外，如果加工率小到不足30％，则不能充分破坏加工前的圆柱状烧结体内部的孔隙，有可能原样地残存。如果残存内部孔隙，则会成为阴极部件的耐久性等下降的原因。另一方面，如果加工率大到超过90％，由于过度加工有可能断线而成品率下降。因此，加工率为30～90％，较好是35～70％。
另外，烧结完成后(日文：焼結上がり)的钨合金的相对密度在95％以上的情况下，也可以不一定以规定的加工率进行加工。
此外，将线径加工至0.1～30mm后，通过切割成需要的长度，制成电极部件。此外，根据需要，将前端部加工成锥形状。此外，根据需要进行研磨加工、热处理(重结晶热处理等)、形状加工。
此外，重结晶热处理较好是在还原气氛、惰性气氛或真空中以1300～2500℃的范围进行。通过重结晶热处理能获得缓和在加工成电极部件的工序中所产生的内部应力的矫正热处理的效果，提高部件的强度。
根据如上所述的制造方法，能够高效地制造实施方式的钨合金和放电灯用电极部件。
通过在第一实施方式的钨合金中特定第二实施方式中所记载的物性，或者在第二实施方式的钨合金中特定第一实施方式中所记载的物性，能够期待发射特性的进一步提高。例如，通过在第一实施方式的钨合金中如第二实施方式那样对HfC粒子的一次粒径及二次粒径、金属Hf的分散状态、成为HfC的Hf的比例、相对密度、维氏硬度中的任一种进行特定，能够提高发射特性。此外，通过在第一实施方式的钨合金部件中如第二实施方式那样对截面的结晶组织、表面粗糙度Ra进行特定，能够提高发射特性。
实施例
(实施例1)
作为原料粉末，在平均粒径2μm的钨粉末(纯度99.99wt％)中添加一次粒径的平均粒径2μm的HfC粉末(纯度99.0％)以使其达到1.5wt％。另外，在HfC粉末中，将Hf量记作100质量份时，杂质Zr量为0.8质量份。
将原料粉末用球磨机混合12小时，制得了混合原料粉末。接着，将混合原料粉末投入模具中，制作成形体。对所得的成形体在氢气氛中以1800℃进行10小时的炉烧结。通过该工序，得到纵16mm×横16mm×长420mm的烧结体。
接着，切割出直径2.4mm×长150mm的圆柱体试样。对于试样实施无心研磨加工，使表面粗糙度Ra在5μm以下。接着，作为矫正热处理，在氢气氛中实施了1600℃的热处理。
由此制得作为实施例1的钨合金部件的放电灯用阴极部件。
(比较例1)
制作了由含有2wt％的ThO2的钨合金构成的同尺寸的放电灯用阴极部件。
对于实施例1的钨合金部件调查其HfC成分的含量、表面部和中心部的碳量、钨结晶的平均粒径。HfC成分的含量的分析通过ICP分析或者燃烧－红外线吸收法分析Hf量、碳量，换算为HfCx。表面部和中心部的碳量的分析分别是自表面10μm的范围切取测定用试样以及自圆柱截面切取测定用试样，测定碳量而进行。此外，钨的平均结晶粒径是在任意的截面组织中测定100粒的最大弗雷特直径，将其平均值作为平均结晶粒径。其结果示于表1。
[表1]
接着，调查了实施例1和比较例1的放电灯用阴极部件的发射特性。发射特性的测定是使施加电压(V)改变为100V、200V、300V、400V，测定发射电流密度(mA/mm2)。在对阴极部件施加的电流负荷为18±0.5A/W、施加时间为20ms的条件下进行了测定。将其结果示于图10。
根据图10可知，实施例1与比较例1相比，发射特性优异。可知该结果表示实施例1的放电灯用阴极部件不使用作为放射性物质的氧化钍，也显示出优异的发射特性。另外，测定时阴极部件达到了2100～2200℃。由此可知实施例1的阴极部件的高温强度和寿命等也优异。
(实施例2～5)
接着，制备了如表2所示将HfC的添加量、作为掺杂材料的K添加量改变的原料混合粉末。对各原料混合粉末进行模具成形，在氢气氛中以1500～1900℃烧结7～16小时，得到烧结体。另外，实施例2～3中，使烧结体尺寸与实施例1同样，进行了切割工序。此外，实施例4～5中，调制成形体尺寸，直接得到直径2.4mm×长150mm的烧结体。
对于各试样实施无心研磨加工，使表面粗糙度Ra在5um以下。接着，作为矫正热处理，在氢气氛中实施了1400℃～1700℃的热处理。藉此，制作实施例2～5的放电灯用阴极部件，进行了与实施例1同样的测定。其结果示于表3。
[表2]
HfC添加量 K添加量
实施例2 0.6 无
实施例3 1.0 无
实施例4 2.5 0.005
实施例5 1.3 无
[表3]
接着，在与实施例1同样的条件下评价了发射特性。其结果示于表4。
[表4]
根据表可知，本实施例的放电灯用阴极部件中的任一个均显示出了优异的特性。另外，测定时阴极部件达到了2100～2200℃。由此可知实施例2～5的阴极部件的高温强度和寿命等也优异。
(实施例11～20、比较例11)
作为原料粉末，准备了表5所示的钨粉末(纯度99.0wt％以上)和HfC粉末。每个粉末都用球磨机充分拆解，根据需要进行过筛工序以使各自的最大径达到表5所示的值。
[表5]
然后，以表6所示的比例混合钨粉末和HfC粉末，通过球磨机再次混合。接着进行成形，制备了成形体。接着以表6所示的条件进行了烧结工序。得到纵16mm×横16mm×长420mm的烧结体。
[表6]
接着，从所得的钨合金烧结体切割出圆柱状烧结体(铸锭)，将锻造加工、压延加工、拉丝加工适当组合来调整线径。加工率如表7所示。此外，调整线径后，切割出规定的长度，将前端部加工成锥形状。然后，进行表面研磨，研磨至表面粗糙度Ra在5μm以下。接着，在氢气氛中实施了1600℃的重结晶热处理。藉此，完成了放电灯用电极部件。
[表7]
接着，拍摄各放电灯用电极部件的主体部的圆周方向截面(横截面)和侧面方向截面(纵截面)的放大照片，测定了HfC成分的平均粒径、最大径、钨结晶粒子的比例、平均粒径、长宽比。关于放大照片，分别切割出通过主体部的中心的圆周截面和侧面方向截面，对任意的单位面积300μm×300μm进行了调查。其结果示于表8。
[表8]
接着，对于各放电灯用电极部件，测定了Hf成分中的HfC的比例。此外，算出氧含量、相对密度(％)、维氏硬度(Hv)、3点弯曲强度。
关于Hf成分中的HfC的比例，通过ICP分析法测定钨合金中的Hf量，通过燃烧－红外线吸收法测定钨合金中的碳量。可认为钨合金中的碳成为HfC。因此，将所检出的总Hf量记作100重量份，换算形成HfC的Hf量，求出其质量比。此外，钨合金中的氧含量通过惰性气体燃烧－红外线吸收法进行了分析。此外，相对密度通过将根据阿基米德法分析得到的实测密度除以理论密度来算出。另外，理论密度通过前述的计算求得。此外，维氏硬度(Hv)根据JIS-Z-2244求得。此外，3点弯曲强度根据JIS-R-1601求得。其结果示于表9。
[表9]
本实施例的放电灯用电极部件的密度高，维氏硬度(Hv)和3点弯曲强度也显示出优异的值。这是因为HfC的一部分发生了脱碳。此外，未形成HfC的Hf成分处于下述任一种状态：形成了金属Hf粒子；HfC粒子的表面的一部分形成了金属Hf；形成了钨和铪的固溶体。换言之，作为Hf成分，存在Hf和HfC这两种。另外，比较例11－1因为HfC粒子大，所以其成为破坏起点而使强度下降。
(实施例21～25)
接着，作为钨粉末和HfC粉末使用与实施例12同样的粉末，准备改为表10所示组成的成分作为第二成分。烧结条件设为在氢气氛中、以2000℃进行炉烧结，得到铸锭。对铸锭以加工率50％进行加工，得到线径10mm的电极部件。此外，在氢气氛中实施了1600℃的重结晶热处理。对各实施例进行了同样的测定。其结果示于表10～12中。
[表10]
[表11]
[表12]
根据表可发现，通过使用添加元素，分散强化功能得到强化，钨结晶的粒成长得到抑制，所以强度提高。
(实施例11A～25A、比较例11-1A～11-2A及比较例12A)
调查了实施例11～25、比较例11-1及比较例11-2的放电灯用电极部件的发射特性。发射特性的测定是使施加电压(V)改变为100V、200V、300V、400V，测定发射电流密度(mA/mm2)。在对放电灯用电极部件施加的电流负荷为18±0.5A/W、施加时间为20ms的条件下进行了测定。
此外，作为比较例12，制作了由含有2wt％的ThO2的钨合金构成的线径8mm的放电灯用电极部件。其结果示于表13。
[表13]
各实施例的放电灯用电极部件尽管没有使用氧化钍，仍显示出与使用氧化钍的比较例12相同或在其以上的发射特性。另外，测定时阴极部件达到了2100～2200℃。所以，各实施例的放电灯用电极部件的高温强度也优异。
(实施例26～28)
接着，对于实施例11、实施例13、实施例18的放电灯用电极，除了将重结晶热处理条件改为1800℃以外，用相同的制造方法进行制造，将所制造的放电灯用电极部件作为实施例26(将实施例11的重结晶热处理条件改为1800℃)、实施例27(将实施例13的重结晶热处理条件改为1800℃)、实施例28(将实施例18的重结晶热处理条件改为1800℃)而准备。进行了同样的测定。其结果示于表14～15。
[表14]
[表15]
本实施例的放电灯用电极部件的密度高，维氏硬度(Hv)和3点弯曲强度也显示出优异的值。这是因为HfC的一部分发生了脱碳。此外，对没有形成HfC的Hf成分进行了分析，结果是均形成了钨和铪的固溶体。换言之，作为Hf成分，存在Hf和HfC这两种。因此，可知如果使重结晶热处理温度达到1700℃以上，则容易使金属Hf固溶于钨中。此外，通过与实施例11Ａ同样的方法测定了发射特性。其结果示于表16。
[表16]
如上所述，可知通过使金属Hf全部固溶于钨中，可提高发射特性。可认为其原因是：通过固溶，金属Hf容易存在于钨合金的表面。
此外，如上所述，由于发射特性优异，所以不局限于放电灯用电极部件，也能够使用在要求发射特性的磁控管用部件(线圈部件)、发射管用部件(网状栅极)等的领域中。
符号的说明
1…阴极电极、2…电极主体部、3…电极前端部、4…放电灯、5…电极支承棒、6…玻璃管、7…线圈部件、8…上部支承部件、9…下部支承部件、10…支承棒、11…磁控管用阴极构造体、21…放电灯用电极部件、22…具有锥形状的前端部的放电灯用电极部件、23…前端部、24…主体部、25…圆周方向截面、26…侧面方向截面、27…放电灯、28…电极支承棒、29…玻璃管。

Claims (23)

1.一种用于选自放电灯用部件、发射管用部件和磁控管用部件的至少一种部件的钨合金，其特征在于，含有W成分和含HfC的Hf成分，所述Hf成分的以HfC换算计的含量为0.1wt％～3wt％；
不含有钍及其化合物。
2.一种用于选自放电灯用部件、发射管用部件和磁控管用部件的至少一种部件的钨合金，其特征在于，含有W成分和含HfC粒子的Hf成分，所述Hf成分的以HfC换算计的含量为0.1wt％～5wt％，所述HfC粒子的平均一次粒径在15μm以下；
不含有钍及其化合物。
3.如权利要求2所述的钨合金，其特征在于，所述HfC粒子的平均一次粒径在5μm以下，且最大一次粒径在15μm以下。
4.如权利要求2所述的钨合金，其特征在于，所述HfC粒子的二次粒径的最大值在100μm以下。
5.如权利要求3所述的钨合金，其特征在于，所述HfC粒子的二次粒径的最大值在100μm以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的钨合金，其特征在于，所述Hf成分还含有选自Hf和C的至少一种。
7.如权利要求6所述的钨合金，其特征在于，将Hf、HfC和C的总量以HfCx换算时，x＜1。
8.如权利要求6所述的钨合金，其特征在于，将Hf、HfC和C的总量以HfCx换算时，0＜x＜1。
9.如权利要求6所述的钨合金，其特征在于，将Hf、HfC和C的总量以HfCx换算时，0.2＜x＜0.7。
10.如权利要求1～5中任一项所述的钨合金，其特征在于，以0.01wt％以下含有选自K、Si和Al的至少一种元素。
11.如权利要求1～5中任一项所述的钨合金，其特征在于，将Hf含量记作100质量份时，Zr含量为10质量份以下。
12.如权利要求1～5中任一项所述的钨合金，其特征在于，所述Hf成分含有固溶于W中的金属Hf。
13.如权利要求1～5中任一项所述的钨合金，其特征在于，所述Hf成分含有金属Hf，所述金属Hf存在于表面。
14.如权利要求1～5中任一项所述的钨合金，其特征在于，将Hf含量记作100质量份时，成为HfC的Hf的比例为25～75质量份。
15.如权利要求1～5中任一项所述的钨合金，其特征在于，维氏硬度Hv在330以上。
16.如权利要求1～5中任一项所述的钨合金，其特征在于，所述W成分包含平均结晶粒径为1μm～100μm的钨粒子。
17.一种钨合金部件，其特征在于，包含权利要求1～16中任一项所述的钨合金。
18.一种钨合金部件，其特征在于，包含权利要求1～16中任一项所述的钨合金，并且是线径为0.1mm以上30mm以下的线材。
19.如权利要求18所述的钨合金部件，其特征在于，所述线材的横截面的结晶组织是：每单位面积300μm×300μm中，结晶粒径为1μm～80μm的钨结晶所占的面积率在90％以上。
20.如权利要求18所述的钨合金部件，其特征在于，所述线材的纵截面的结晶组织是：每单位面积300μm×300μm中，结晶粒径为2μm～120μm的钨结晶所占的面积率在90％以上。
21.一种放电灯，其特征在于，具有权利要求17～20任一项的钨合金部件。
22.一种发射管，其特征在于，具有权利要求17～20任一项的钨合金部件。
23.一种磁控管，其特征在于，具有权利要求17～20任一项的钨合金部件。
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