CN108274017A - 一种掺钾金属钨板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种掺钾金属钨板，其原料包括如下质量百分比的组分：K2SiO31～2％，Al(NO)30.1～0.2％，氧化钨97.8～98.9％，其制备方法，包括以下步骤：按重量配比将K2SiO3和Al(NO)3溶液掺入装有氧化钨的容器中，经混合、干燥、还原、酸洗、干燥、压制、烧结，即得。本发明所制备的掺钾钨板可轧制到0.2mm薄片，轧制后的钨板具有较好的高温抗变形性和常温抗弯折性，同时具有较高的高温再结晶温度；因此采用本掺钾钨板所制备出的产品的性能都将优于纯钨板所制备的产品。

Description

一种掺钾金属钨板及其制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种掺钾金属钨板及其制备方法。
背景技术
纯钨板材因具有良好的延展性能及一致性，满足后续轧制、冲压等深加工的要求，常用于制作高温蒸发舟、高温炉隔热屏、结构件及发热体、医用X射线管旋转阳极靶等。随着我国各行业不断发展对钨板材的高温抗变形、再结晶温度、常温抗弯折性能的要求越来越高，纯钨钨板已不能完全满足终端领域应用的要求。
纯钨钨板一般采用纯钨粉制备而成，相对与纯钨粉来说，掺杂其他元素的钨粉有着截然不同的应用领域，如专利号为ZL200510021838的专利于2006年4月12日公开的一种含钾金属钨条的生产方法，该方法以蓝色氧化钨为原料添加Si、Al、K元素制备为掺杂兰钨粉，再将掺杂兰钨粉经还原、酸洗、压制、垂熔烧结后旋锻、拉拔成钨丝后用于电光源行业。目前掺杂钨粉均用于生产钨条进而生产钨丝，并没有用来生产钨板；即使采用现有掺杂钨粉生产钨板，所生产出来的钨板也难以达到纯钨钨板的性能。
因此现缺乏一种生产简单、轧制后有较好高温抗变形性、较高的高温再结晶温度、常温抗弯折性的金属钨板的生产方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种生产简单、可轧制到0.2mm薄片、且轧制后有较好高温抗变形性、较高的高温再结晶温度、常温抗弯折性的掺钾金属钨板及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种掺钾金属钨板，其原料包括如下质量百分比的组分：
K2SiO3 1～2％，
Al(NO)3 0.1～0.2％，
氧化钨 97.8～98.9％。
作为优选，上述掺钾金属钨板，其原料包括如下质量百分比的组分：
K2SiO3 1.1～1.8％，
Al(NO)3 0.11～0.18％，
氧化钨 98.02～98.79％。
上述掺钾金属钨板的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按重量配比将K2SiO3和Al(NO)3溶液掺入装有氧化钨的容器中，经混合、干燥后制得掺杂氧化钨；
步骤2、将步骤1所得掺杂氧化钨进行还原处理，制得掺杂钨粉；
步骤3、将步骤2所得掺杂钨粉进行酸洗，洗至钨粉中K含量80-160ppm、Si含量154-281ppm、Al含量≤49ppm；
步骤4、将步骤3所得酸洗后的钨粉经干燥、压制、烧结，即得。
作为优选，所述步骤4中压制的压力为200-250Mpa。
作为优选，所述步骤4中烧结是指中频烧结。
进一步优选，所述中频烧结的烧结温度为2350-2500℃，保温时间12-15小时。
本发明具有以下优点：
本发明所制备的掺钾钨板可轧制到0.2mm薄片，轧制后的钨板具有较好的高温抗变形性和常温抗弯折性，同时具有较高的高温再结晶温度；因此采用本掺钾钨板所制备出的产品的性能都将优于纯钨板所制备的产品。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例以生产500kg,尺寸为180×100×23的7kg掺钾金属钨板为例，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、制备掺杂氧化钨：将700kg氧化钨放置余真空掺杂双锥中，先将含K2SiO37.7kg的K2SiO3溶液200L虹吸进入真空掺杂双锥中，再将含Al(NO)30.77kg的Al(NO)3溶液200L虹吸进入真空掺杂双锥中，转动真空掺杂双锥混合3小时，在掺杂双锥夹层通蒸汽干燥8小时，制得掺杂氧化钨。
步骤2、氧化钨还原：将步骤1所得掺杂氧化钨粉用十五管还原炉在750℃及氢气气氛下还原10小时，冷却后过筛150目，制得掺杂钨粉。
步骤3、酸洗：将步骤2所得掺杂钨粉用浓度为30％的盐酸酸洗掺杂钨粉1小时，抽去上层清液，再用浓度为32％的氢氟酸酸洗掺杂钨粉1小时，抽去上层清液；在80-120℃下真空干燥12小时，冷却过200目筛。得到钾含量为80ppm、硅含量为154ppm、铝含量为24ppm,粒度为1.9um、氧含量为900ppm的掺杂钨粉。
步骤4、制模装粉：将步骤3所得酸洗后的钨粉压制成型，压制时的压力为230Mpa，压制时间为480秒，制得钨板坯。
步骤5、中频烧结：将步骤4所得钨板坯放入中频感应烧结炉，通入氢气在2400℃下烧结，保温时间12小时，随炉冷却后制得掺钾金属钨板。所得产品氧含量23ppm、钾含量52ppm、铝含量15ppm、硅含量14ppm、密度为18.2-18.5g/cm3。
将所得掺钾金属钨板轧制为厚度0.2mm的掺钾金属钨板。经试验厚度为0.2mm的掺钾金属钨板的高温再结晶温度为1600-1800℃，其高温抗下垂小于3.5mm，同时其具有较好的常温抗弯折性能，在常温下弯折90度再拉直不出现分层和开裂。
实施例2
本实施例以生产500kg,尺寸为240×140×28的16kg掺钾金属钨板为例，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、制备掺杂氧化钨：将700kg氧化钨放置余真空掺杂双锥中，先将含K2SiO310.5kg的K2SiO3溶液200L虹吸进入真空掺杂双锥中，再将含Al(NO)31.05kg的Al(NO)3溶液200L虹吸进入真空掺杂双锥中，转动真空掺杂双锥混合3小时，在掺杂双锥夹层通蒸汽干燥8小时，制得掺杂氧化钨。
步骤2、氧化钨还原：将步骤1所得掺杂氧化钨用十五管还原炉在750℃及氢气气氛下还原10小时，冷却后过筛150目，制得掺杂钨粉。
步骤3、酸洗：将步骤2所得掺杂钨粉用浓度为35％的盐酸酸洗掺杂钨粉1小时，抽去上层清液，再用浓度为36％的氢氟酸酸洗掺杂钨粉1小时，抽去上层清液；在80-120℃下真空干燥12小时，冷却过200目筛。得到钾含量为127ppm、硅含量为222ppm、铝含量为35ppm,粒度为2.0um、氧含量为1200ppm的掺杂钨粉。
步骤4、制模装粉：将步骤3所得酸洗后的钨粉压制成型，压制时的压力为200Mpa，压制时间为480秒，制得钨板坯。
步骤5、中频烧结：将步骤4所得钨板坯放入中频感应烧结炉，通入氢气在2350℃下烧结，保温时间15小时，随炉冷却后制得掺钾金属钨板。所得产品氧含量30ppm、钾含量82ppm、铝含量20ppm、硅含量18ppm、密度为17.8-18.2g/cm3。
将所得掺钾金属钨板轧制为厚度0.2mm的掺钾金属钨板。经试验厚度为0.2mm的掺钾金属钨板的高温再结晶温度为1700-1900℃，其高温抗下垂小于2.0mm，同时其具有较好的常温抗弯折性能，在常温下弯折90度再拉直不出现分层和开裂。
实施例3
本实施例以生产500kg,尺寸为350×220×35的48kg掺钾金属钨板为例，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、制备掺杂氧化钨：将700kg氧化钨放置余真空掺杂双锥中，先将含K2SiO312.6kg的K2SiO3溶液200L虹吸进入真空掺杂双锥中，再将含Al(NO)31.26kg的Al(NO)3溶液200L虹吸进入真空掺杂双锥中，转动真空掺杂双锥混合3小时，在掺杂双锥夹层通蒸汽干燥8小时，制得掺杂氧化钨粉。
步骤2、氧化钨还原：将步骤1所得掺杂氧化钨粉用十五管还原炉在750℃及氢气气氛下还原10小时，冷却后过筛150目，制得掺杂钨粉。
步骤3、酸洗：将步骤2所得掺杂钨粉用浓度为38％的盐酸酸洗掺杂钨粉1小时，抽去上层清液，再用浓度为35％的氢氟酸酸洗掺杂钨粉1小时，抽去上层清液；在80-120℃下真空干燥12小时，冷却过200目筛。得到钾含量为160ppm、硅含量为281ppm、铝含量为49ppm,粒度为2.2um、氧含量为1500ppm的掺杂钨粉。
步骤4、制模装粉：将步骤3所得酸洗后的钨粉压制成型，压制时的压力为250Mpa，压制时间为480秒，制得钨板坯。
步骤5、中频烧结：将步骤4所得钨板坯放入中频感应烧结炉，通入氢气在2500℃下烧结，保温时间13小时，随炉冷却后制得掺钾金属钨板。所得产品氧含量36ppm、钾含量99ppm、铝含量22ppm、硅含量20ppm、密度为17.4-17.8g/cm3。
将所得掺钾金属钨板轧制为厚度0.2mm的掺钾金属钨板。经试验厚度为0.2mm的掺钾金属钨板的高温再结晶温度为1850-2000℃，其高温抗下垂小于1.0mm，同时其具有较好的常温抗弯折性能，在常温下弯折90度再拉直不出现分层和开裂。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种掺钾金属钨板，其特征在于，其原料包括如下质量百分比的组分：
K2SiO3 1～2％，
Al(NO)3 0.1～0.2％，
氧化钨 97.8～98.9％。
2.一种根据权利要求1所述的掺钾金属钨板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按重量配比将K2SiO3和Al(NO)3溶液掺入装有氧化钨的容器中，经混合、干燥后制得掺杂氧化钨；
步骤2、将步骤1所得掺杂氧化钨进行还原处理，制得掺杂钨粉；
步骤3、将步骤2所得掺杂钨粉进行酸洗，洗至钨粉中K含量80-160ppm、Si含量154-281ppm、Al含量≤49ppm；
步骤4、将步骤3所得酸洗后的钨粉经干燥、压制、烧结，即得。
3.根据权利要求2所述的一种掺钾金属钨板的制备方法，其特征在于：所述步骤4中压制的压力为200-250Mpa。
4.根据权利要求2所述的一种掺钾金属钨板的制备方法，其特征在于：所述步骤4中烧结是指中频烧结。
5.根据权利要求4所述的一种掺钾金属钨板的制备方法，其特征在于：所述中频烧结的烧结温度为2350-2500℃，保温时间12-15小时。
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