CN113718110B - 一种采用累积能量控制板材组织的高品质铌板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用累积能量控制板材组织的高品质铌板的制备方法,该方法包括以下步骤:(1)取电子束熔炼得到的铌锭进行切割加工成圆柱状铌锭;(2)将圆柱状铌锭进行连续三次轴向镦粗和多向径向拔长,每次镦粗和拔长后均将铌锭进行一次热处理;(3)将进行连续三次多向锻造后热处理的铌锭进行轧制成板材;(4)将轧制后的板材进行成品热处理,再经过表面精加工处理,最终得到高品质成品铌板。本发明在提高铌板致密化程度的同时,原铸锭尺寸约为50mm的粗大晶粒在相当程度上得到了充分的破碎并进行形变储能,为后续的中间退火再结晶过程提供了足够的驱动力,再经过轧制及成品退火,得到晶粒大小分布均匀且平均晶粒尺寸小于25μm的强{111}型织构铌板。
Description
技术领域
本发明涉及难熔金属加工领域,具体涉及一种采用累积能量控制板材组织的高品质铌板的制备方法。
背景技术
高纯铌广泛应用于显示器、船舶、化工、摄像头、集成电路、表面改性等行业及其它耐热耐腐蚀产品和高导电产品。
首先,需要通过重复对电子束熔融或者铸造铌原料而获得的铸锭或坯料进行锻造和退火(热处理),进一步的轧制和精加工(机械,抛光)处理,最终加工成具有理想组织的铌板。在这样的制造过程中,铸造结构得到破坏,扩散、消除孔和偏析,而后退火而再结晶增加组织的致密性和强度。通常,熔铸的锭料或坯料具有50mm或更大的晶粒尺寸,但是通过对该锭料或坯料进行锻造和再结晶退火,铸造结构被破坏,并且组织单元的尺寸变小。
而溅射用高品质铌板的晶粒大小对溅射成膜的薄膜质量和成膜效率都有直接的影响,主要表现为,在合适范围内,随着平均晶粒尺寸的增大,薄膜的沉积速率逐渐下降。一般来讲,溅射用高品质铌板需要满足首要一点:细小均匀的晶粒。并且溅射用高品质铌板的织构控制对溅射的成膜速率和膜厚均匀性也有重要影响。一般来讲,溅射用高品质铌板需要满足首要一点:有合适的织构占比。
日本矿业金属株式会社的研究中通过添加特定的元素来保证铌板具有均匀的微观组织,并保证溅射时的等离子体稳定,以获得品质优异的沉积膜,其生产出的溅射用铌板平均晶粒尺寸接近100μm。宁夏东方钽业股份有限公司使用径向型砧打圆轴向拔长的锻造方式最终获得了组织均匀、晶粒度小于50μm的等轴晶组织铌板。西部金属材料股份有限公司通过热挤压的方式最终获得了70%{111}型织构晶粒细小均匀的铌板。
目前,市场上的铌材质量良莠不齐,要求较严格的下游厂商一般会选择进口价格高昂的国外铌板,国内非常需要技术更新以实现高品质铌板的生产和批次产品的质量稳定性。另外,本发明对于除BCC金属外的其它高品质板材的生产也具有重要意义。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种采用累积能量控制板材组织的高品质铌板的制备方法,以解决上述背景技术中的问题,使用该方法制得的铌板具有纯度高、致密性好、晶粒大小分布均匀的特点。
为实现上述目的而采取的技术方案是,一种采用累积能量控制板材组织的高品质铌板的制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)取电子束熔炼得到的铌锭进行切割加工成圆柱状铌锭;
(2)将圆柱状铌锭进行连续三次轴向镦粗和多向径向拔长,每次镦粗和拔长后均将铌锭进行一次热处理;
(3)将进行连续三次多向锻造后热处理的铌锭进行轧制成板材;
(4)将轧制后的板材进行成品热处理,再经过表面精加工处理,最终得到高品质成品铌板。
进一步,所述步骤(1)中切割加工成圆柱状铌锭的尺寸为Φ20~200mm×20~200mm。
进一步,所述步骤(2)中连续三次轴向镦粗和多向径向拔长,第一次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为5~8MJ,多向径向加工能量为5~12MJ,第一次累计加工能量为10~20MJ,第一次锻造完成后将铌锭进行第一次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;第二次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~8MJ,多向径向加工能量为2~7MJ,第二次累计加工能量为5~15MJ,第二次锻造完成后将铌锭进行第二次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;第三次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~5MJ,多向径向加工能量为2~5MJ,第三次累计加工能量为5~10MJ,第三次锻造完成后将铌锭进行第三次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;总累积加工能量为20~45MJ。
进一步,所述步骤(3)中铌锭进行轧制,各道次轧制能量为2~4MJ,累积轧制能量为10~30MJ。
进一步,所述步骤(4)中成品热处理的温度为850~1250℃,保温时间为0.5~1.5h。
进一步,所述步骤(4)中成品热处理的过程均在真空环境下进行,升温速率为400~600℃/h,降温速率为400~600℃/h。
有益效果
与现有技术相比本发明具有以下优点。
本发明的优点是,采用该方法制得的铌板的纯度高达4N及以上,致密性好,晶粒大小分布均匀,平均晶粒尺寸小于20μm,内部多为等轴晶组织,具有{111}择优取向。
附图说明
图1为本发明的工艺路线流程图;
图2为本发明的轴向镦粗和多向径向拔长示意图;
图3为不同实施例和比较例制备的铌板的再结晶组织示意图及XRD图谱,a:实施例1再结晶组织,b:实施例1XRD图谱,c:实施例2XRD图谱,d:比较例1XRD图谱。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图及实施例来进一步详细描述。
如图1、2所示,一种采用累积能量控制板材组织的高品质铌板的制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)取电子束熔炼得到的铌锭进行切割加工成圆柱状铌锭;
(2)将圆柱状铌锭进行连续三次轴向镦粗和多向径向拔长,每次镦粗和拔长后均将铌锭进行一次热处理;
(3)将进行连续三次多向锻造后热处理的铌锭进行轧制成板材;
(4)将轧制后的板材进行成品热处理,再经过表面精加工处理,最终得到高品质成品铌板。
所述步骤(1)中切割加工成圆柱状铌锭的尺寸为Φ20~200mm×20~200mm。
所述步骤(2)中连续三次轴向镦粗和多向径向拔长,第一次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为5~8MJ,多向径向加工能量为5~12MJ,第一次累计加工能量为10~20MJ,第一次锻造完成后将铌锭进行第一次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;第二次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~8MJ,多向径向加工能量为2~7MJ,第二次累计加工能量为5~15MJ,第二次锻造完成后将铌锭进行第二次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;第三次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~5MJ,多向径向加工能量为2~5MJ,第三次累计加工能量为5~10MJ,第三次锻造完成后将铌锭进行第三次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;总累积加工能量为20~45MJ。
所述步骤(3)中铌锭进行轧制,各道次轧制能量为2~4MJ,累积轧制能量为10~30MJ。
所述步骤(4)中成品热处理的温度为850~1250℃,保温时间为0.5~1.5h。
所述步骤(4)中成品热处理的过程均在真空环境下进行,升温速率为400~600℃/h,降温速率为400~600℃/h。
实施例1
(1)取电子束熔炼得到的铌锭进行切割加工,加工后的铌锭为尺寸Φ100~200mm×100~200mm的圆柱状铌锭;
(2)将得到的铌锭进行第一次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为5~8MJ,径向加工能量为5~12MJ,第一次累计加工能量为10~20MJ,锻造完成后将铌锭进行第一次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;将得到的铌锭进行第二次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~8MJ,径向加工能量为2~7MJ,第二次累计加工能量为5~15MJ,锻造完成后将铌锭进行第二次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;将得到的铌锭进行第三次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~5MJ,径向加工能量为2~5MJ,第三次累计加工能量为5~10MJ,锻造完成后将铌锭进行第三次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h,总累积加工能量为20~45MJ;
(3)将进行连续三次多向锻造后热处理的铌材进行轧制,各道次轧制能量为2~4MJ,累积轧制能量为10~30MJ;
(4)将轧制后的板材进行成品热处理,热处理温度为900~1100℃,保温时间为0.5~1.5h,经过表面精加工处理后最终得到7mm厚成品铌板。最后经过校平机校平、取样、下料、表面抛磨、成品加工。
如图3所示,a为本实施例制备的铌板的显微组织图片,b为其XRD图谱。
由图可知,本实施例制备的铌板的平均晶粒尺寸为17.91μm,标准差4.48μm,晶粒组织均匀细小,(222)织构系数为56.76%。
实施例2
(1)取电子束熔炼得到的铌锭进行切割加工,加工后的铌锭为尺寸Φ100~200mm×100~200mm的圆柱状铌锭;
(2)将得到的铌锭进行第一次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为4~7MJ,径向加工能量为4~11MJ,第一次累计加工能量为8~18MJ,锻造完成后将铌锭进行第一次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;将得到的铌锭进行第二次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为2~7MJ,径向加工能量为2~7MJ,第二次累计加工能量为4~14MJ,锻造完成后将铌锭进行第二次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;将得到的铌锭进行第三次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为2~4MJ,径向加工能量为2~4MJ,第三次累计加工能量为4~8MJ,锻造完成后将铌锭进行第三次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h,总累积加工能量为16~40MJ;
(3)将进行连续三次多向锻造后热处理的铌材进行轧制,各道次轧制能量为2~4MJ,累积轧制能量为10~30MJ;
(4)将轧制后的板材进行成品热处理,热处理温度为900~1100℃,保温时间为0.5~1.5h,经过表面精加工处理后最终得到9mm厚平面铌板。最后经过校平机校平、取样、下料、表面抛磨、成品加工。如图3所示,c为本实施例制备的铌板的XRD图谱。
由图可知,本实施例制备的铌板的平均晶粒尺寸为23.19μm,标准差5.21μm,晶粒组织均匀细小,(222)织构系数为50.40%。
比较例1
(1)取电子束熔炼得到的铌锭进行切割加工,加工后的铌锭为尺寸Φ100~200mm×100~200mm的圆柱状铌锭;
(2)得到的铌锭进行第一次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为5~8MJ,径向加工能量为5~12MJ,第一次累计加工能量为10~20MJ,锻造完成后将铌锭进行第一次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;将得到的铌锭进行第二次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~8MJ,径向加工能量为2~7MJ,第二次累计加工能量为5~15MJ,锻造完成后将铌锭进行第二次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;总累积加工能量为15~35MJ;
(3)将进行连续两次多向锻造后热处理的铌材进行轧制,各道次轧制能量为2~4MJ,累积轧制能量为10~30MJ;
(4)将轧制后的板材进行成品热处理,热处理温度为900~1100℃,保温时间为0.5~1.5h,经过表面精加工处理后最终得到3mm厚平面铌板。最后经过校平机校平、取样、下料、表面抛磨、成品加工。
如图3所示,d为本实施例制备的铌板的XRD图谱。由图可知,本实施例制备的铌板的平均晶粒尺寸为23.92μm,标准差7.53μm,晶粒组织均匀细小,(222)织构系数为32.20%。
Claims (2)
1.一种采用累积能量控制板材组织的高品质铌板的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)取电子束熔炼得到的铌锭进行切割加工成圆柱状铌锭;
(2)将圆柱状铌锭进行连续三次轴向镦粗和多向径向拔长,每次镦粗和拔长后均将铌锭进行一次热处理;所述连续三次轴向镦粗和多向径向拔长,第一次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为5~8MJ,多向径向加工能量为5~12MJ,第一次累计加工能量为10~20MJ,第一次锻造完成后将铌锭进行第一次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;第二次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~8MJ,多向径向加工能量为2~7MJ,第二次累计加工能量为5~15MJ,第二次锻造完成后将铌锭进行第二次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;第三次轴向镦粗和多向径向拔长,轴向加工能量为3~5MJ,多向径向加工能量为2~5MJ,第三次累计加工能量为5~10MJ,第三次锻造完成后将铌锭进行第三次热处理,热处理温度为800~1300℃,保温时间为0.5~3h;总累积加工能量为20~45MJ;
(3)将进行连续三次多向锻造后热处理的铌锭进行轧制成板材;所述铌锭进行轧制,各道次轧制能量为2~4MJ,累积轧制能量为10~30MJ;
(4)将轧制后的板材进行成品热处理,再经过表面精加工处理,最终得到高品质成品铌板;所述成品热处理的温度为850~1250℃,保温时间为0.5~1.5h;所述成品热处理的过程均在真空环境下进行,升温速率为400~600℃/h,降温速率为400~600℃/h。
2.根据权利要求1所述的一种采用累积能量控制板材组织的高品质铌板的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中切割加工成圆柱状铌锭的尺寸为Φ20~200mm×20~200mm。
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