CN118064778A - 一种钨合金线材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钨合金线材及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN118064778A
CN118064778A CN202410158868.8A CN202410158868A CN118064778A CN 118064778 A CN118064778 A CN 118064778A CN 202410158868 A CN202410158868 A CN 202410158868A CN 118064778 A CN118064778 A CN 118064778A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tungsten
wire
tungsten alloy
alloy wire
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410158868.8A
Other languages
English (en)
Inventor
郭东红
汤闵枫
方毅金
吕晟
黄灿鑫
张伟兵
余春雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XIAMEN HONGLU TUNGSTEN MOLYBDENUM INDUSTRY CO LTD
Original Assignee
XIAMEN HONGLU TUNGSTEN MOLYBDENUM INDUSTRY CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XIAMEN HONGLU TUNGSTEN MOLYBDENUM INDUSTRY CO LTD filed Critical XIAMEN HONGLU TUNGSTEN MOLYBDENUM INDUSTRY CO LTD
Priority to CN202410158868.8A priority Critical patent/CN118064778A/zh
Publication of CN118064778A publication Critical patent/CN118064778A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045—Alloys based on refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及钨合金材料技术领域，特别涉及一种钨合金线材及其制备方法与应用，所述钨合金包括钨、铈、钴和氧，所述钨合金中铈的含量为0.4～1.0wt％，钴的含量为40～500ppm，氧的含量为0.07～0.25wt％；所述钨合金线材的线径≤100μm，所述钨合金线材的抗拉强度≥4600MPa。通过在钨基体中掺杂特定比例的铈和钴从而获得具有高强度的钨合金线材，以满足加工需求日益精细化的需求。

Description

一种钨合金线材及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及钨合金材料领域，特别涉及一种钨合金线材及其制备方法和应用。
背景技术
现有高硬度材料-如半导体材料蓝宝石、碳化硅，硅片、磁性材料的切割，高精密器械及高温炉牵引的线缆或绳索等应用中，需要高强度、高硬度的材料进行加工，然而目前大多高强金属丝受限于线径和抗拉强度，例如现有高碳钢线的抗拉强度一般低于4500MPa，而直径却大于50μm，因此需要寻找更高强度的细丝，以满足产业发展需求。
钨是一种高熔点、高强度及抗蠕变性能优异的金属，以钨为基体的合金被广泛应用于国防、军事、航天、航空、汽车、医疗、电子等领域。为了提高钨合金的综合性能，一些人提出通过在钨基体中掺杂稀土氧化物实现，如中国专利文献CN113234980B公开的一种合金线材及其制备方法与应用，其中所述钨合金包含钨与铈的氧化物，铈的氧化物含量为0.1wt％～1.5wt％，线材线径为60μm时，抗拉强度为4300-5200MPa，线材线径为40μm时，抗拉强度为4900-5900MPa，在加工需求日益精细化的背景下，仍需进一步细化线材的线径、提高线材的抗拉强度。
发明内容
为解决上述背景技术中提及的现有的钨合金线材抗拉强度有待提高的问题，本发明提供一种钨合金线材，所述钨合金包括钨、铈、钴和氧，所述钨合金中铈的含量为0.4～1.0wt％，钴的含量为40～500ppm，氧的含量为0.07～0.25wt％；所述钨合金线材的线径≤100μm，所述钨合金线材的抗拉强度≥4600MPa。
进一步的，所述钨合金线材的线径≤60μm；
所述钨合金线材的弹性极限强度≥3000MPa。
进一步的，所述钨合金线材的线径＞50μm，且≤60μm时，线材抗拉强度≥5200MPa；
所述钨合金线材的线径＞30μm，且≤40μm时，线材抗拉强度≥6000MPa；
所述钨合金线材的线径≥20μm，且≤30μm时，线材抗拉强度≥6300MPa。
进一步的，所述钨合金中铈的含量为0.6～0.8wt％，钴的含量为100～300ppm，氧的含量为0.12～0.19wt％；所述钨合金线材的线径≤100μm，所述钨合金线材的抗拉强度≥5200MPa。
本发明还提供一种如上述的钨合金线材的制备方法，包括掺杂、还原制粉、压制、烧结、开坯和压力加工，
进一步的，所述掺杂包括以下步骤：
将蓝钨粉末均匀分散于去离子水中得到蓝钨悬浮液，将硝酸铈粉末和硝酸钴粉末均匀分散于pH＞11的碱性溶液中形成第一悬浮液，再将所述第一悬浮液喷洒到所述蓝钨悬浮液中，喷洒完成后进行烘干，得到掺杂蓝钨粉末；通过制取含铈和钴元素的化合物悬浮液将微细粒子直接均匀掺杂进蓝钨粉末中，以微细粒子作为异质晶核与钨颗粒共同结晶析出，其可以制备的钨合金粉末弥散分布更加均匀，其可制备的弥散粒子选择范围更广，获得钨材料性能更加稳定可靠。
进一步的，所述蓝钨粉末的制备方法为：将仲钨酸铵送入还原炉，在400～600℃、氢气和氮气保护下进行还原得到蓝钨粉末，其中所述仲钨酸铵粉末料层厚度＜10mm，所述还原炉中氢气流量为20～40L/min，氮气流量为80～160L/min，所述蓝钨粉末的氧指数为2.85±0.05，铵钨青铜相成分＞80％。
蓝钨粉末制取采用氢氮混合气体作为还原保护介质，通过料层厚度及氢气大小、流向控制出料蓝钨粉末性能，蓝钨的氧指数2.85±0.05，铵钨青铜相比例超过80％的蓝钨进行掺杂，该蓝钨颗粒粗，表面裂纹多，有利于稀土溶液的进入，提高掺杂有效性，以提升钨丝中钴元素分布均匀性，提升钨丝综合力学性能及加工性能。
进一步的，所述烘干至少包括2个温度阶段，所述2个温度阶段以80℃为分界线，先在低于80℃下加热烘干，再在80℃以上加热烘干；
再进一步，所述烘干包括第一烘干阶段和第二烘干阶段，所述第一烘干阶段的温度为60～70℃，所述第二烘干阶段的温度为90～120℃。
烘干采用先低温(低于80℃)下进行烘干，再在高温(高于80℃)下烘干的分阶段式烘干模式，先使硝酸铈和硝酸钴颗粒缓慢析出，形核数多；再使颗粒数很多的硝酸铈和硝酸钴颗粒来不及合并长大，通过这种烘干方式可以大幅细化颗粒粒径。通过调整掺杂烘干温度控制硝酸铈和硝酸钴成核和析晶速度，使得掺杂蓝钨颗粒上的硝酸铈和硝酸钴晶体更加细小，分布更均匀，强化效果更佳。
进一步的，所述还原制粉包括将所述掺杂蓝钨粉末还原成平均费氏粒度为1.0～4.0μm的合金粉。
进一步的，所述压力加工为：将所述开坯得到的合金杆进行再结晶退火，然后通过多道次连续旋锻设备进行锻打至直径为2.5～4.0mm的钨杆，所述钨杆通过不同规格拉丝模进行粗拉拔加工，得到0.3～0.5mm直径规格的钨合金粗丝线材；
再进一步，所述压力加工中，所述开坯得到的合金杆通过中/高频感应线圈加热至2000～2600℃进行再结晶退火。
进一步的，所述钨合金线材在拉拔到直径为0.3～0.5mm时需进行退火处理，其退火温度1300～1800℃，退火后所述钨合金线材进行氧气环境下冷却；
退火冷却后的线材通过不同规格拉丝模进行拉拔加工，重复多次拉拔分别拉拔至所需线径。
本发明还提供一种如上述的钨合金线材在材料切割、线缆、绳索或纺织领域中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的一种钨合金线材及其制备方法和应用具有如下有益效果：
1、钨合金线材的线径为100μm及以下，抗拉强度≥4600MPa。
2、钨合金线材的线径为60μm及以下，线材的弹性极限强度≥3000MPa，线材的抗拉强度≥5200MPa。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种钨合金线材，所述钨合金包括钨、铈、钴和氧，所述钨合金中铈的含量为0.4～1.0wt％，钴的含量为40～500ppm，氧的含量为0.07～0.25wt％，余量为钨及不可避免的杂质；
所述钨合金线材的线径为100μm及以下，例如，线材的线径为100μm、80μm，甚至60μm、40μm、25μm以及20μm和10μm等；所述钨合金线材直径可以是均匀的，也可是不完全均匀的，还可以根据部位包含例如1％等几个百分比作用的差。
特别地，所述钨合金线材的线径可以在60μm及以下，因此钨合金线材具有柔软性，容易充分地使其弯曲，因此，能够将钨合金线材容易地卷绕。
所述钨合金线材的抗拉强度≥4600MPa，例如4800MPa、5000MPa、5500MPa等。
特别地，所述钨合金线材的线径＞50μm，且≤60μm时，线材抗拉强度≥5200MPa；
所述钨合金线材的线径＞30μm，且≤50μm时，线材抗拉强度≥6000MPa；
所述钨合金线材的线径≥20μm，且≤30μm时，线材抗拉强度≥6300MPa。
所述钨合金线材的弹性极限强度≥3000MPa，例如3200MPa、3500MPa、4000MPa等。
优选的，所述钨合金中铈的含量为0.6～0.8wt％，钴的含量为100～300ppm，氧的含量为0.12～0.19wt％；所述钨合金线材的线径≤100μm，所述钨合金线材的抗拉强度≥5200MPa。
本发明提供一种钨合金线材的制备方法：
所述制备方法的步骤包括有掺杂、还原制粉、压制、烧结、开坯和压力加工等；
所述掺杂包括以下步骤：
将仲钨酸铵送入还原炉，在400～600℃、氢气和氮气保护下进行还原得到蓝钨粉末，其中所述仲钨酸铵粉末料层厚度＜10mm，所述还原炉中氢气流量为20～40L/min，氮气流量为80～160L/min，所述蓝钨粉末的氧指数为2.85±0.05，铵钨青铜相成分＞80％。
将蓝钨粉末均匀分散于去离子水中得到蓝钨悬浮液，将硝酸铈粉末和硝酸钴粉末均匀分散于pH＞11的碱性溶液中形成第一悬浮液，再将所述第一悬浮液喷洒到所述蓝钨悬浮液中，喷洒完成后进行烘干，得到掺杂蓝钨粉末；
所述烘干至少包括2个温度阶段，所述2个温度阶段以80℃为分界线，先在低于80℃下加热烘干，再在80℃以上加热烘干；
优选的，所述烘干包括第一烘干阶段和第二烘干阶段，所述第一烘干阶段的温度为60～70℃，所述第二烘干阶段的温度为90～120℃。
还原制粉：将所述掺杂蓝钨粉末在四温区还原炉中还原成平均费氏粒度为1.0～4.0μm的合金粉。
粉末压制：采用等静压方式将平均费氏粒度在1.0μm～4.0μm搭配而成的粉末经过160MPa～260MPa压力压制成单重1.5kg～5.0kg的压坯，并在氢气气氛下对压坯进行预烧结，所述预烧结的温度优选为1200-1400℃，增加压坯强度；
烧结：进行烧结，所述烧结的温度优选为1800～2400℃，烧结时间优选为5-15小时，获得密度17.5～18.5g/cm3的烧结坯条；
开坯：采用多辊轧机在1600～1700℃加热温度下连续轧制把直径15mm～25mm烧结坯条开坯成8.0mm～12.0mm合金杆；
压力加工：将所述开坯得到的合金杆进行再结晶退火，然后通过多道次连续旋锻设备进行锻打至直径为2.5～4.0mm的钨杆，所述钨杆通过不同规格拉丝模进行粗拉拔加工，得到0.3～0.5mm直径规格的钨合金粗丝线材；
优选的，所述压力加工中，所述开坯得到的合金杆通过中/高频感应线圈加热至2000～2600℃进行再结晶退火。
所述钨合金线材在拉拔到直径为0.3～0.5mm时需进行退火处理，其退火温度1300～1800℃，退火后所述钨合金线材进行氧气环境下冷却；
退火冷却后的线材通过不同规格拉丝模进行拉拔加工，重复多次拉拔分别拉拔至所需线径。
接着，可以对制成的合金线材施以在1000℃以内的低温去应力退火工序，从而均匀化其应力分布并提高其直线性；所述工序可以在加热炉内进行亦或者其他装置设备内实施，具体而言，所述合金线材也可以在氢气保护下实施低温去应力退火；
再者，可以对拉拔后的线材进行电解抛光、清洗，使得线材表面变的光滑；所述电解抛光工序例如通过在电解液中浸渍所述合金线材和碳棒等对置电极，向合金线材与对置电极之间通电来进行等。
实施例1
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈0.4wt％、钴500ppm、氧0.091wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤如下所述：
步骤1、掺杂：将仲钨酸铵粉末通过400℃、450℃、500℃、560℃逆氢连续还原炉进行氢气还原，仲钨酸铵粉末料层厚度为8mm，氢气流量为30L/min，氮气流量140L/min，得到蓝钨粉末，其氧指数为2.87，铵钨青铜相成分为82％；
将蓝钨粉末均匀分散于去离子水中得到蓝钨悬浮液，其中蓝钨粉末和去离子水的体积比为1:15；将硝酸铈粉末和硝酸钴粉末均匀分散于pH为12的碱性溶液中形成第一悬浮液，再将所述第一悬浮液通过真空管道喷洒到所述蓝钨悬浮液中，喷洒完成后进行烘干，得到掺杂蓝钨粉末；
所述烘干包括第一烘干阶段和第二烘干阶段，所述第一烘干阶段的温度为65℃，所述第二烘干阶段的温度为100℃；
步骤2、还原制粉：将步骤1所得的掺杂蓝钨粉末在四温区还原炉中还原成平均费氏粒度为1.0～4.0μm的合金粉；
步骤3、粉末压制：采用等静压方式将步骤2所得合金粉经过200MPa压力压制成单重3.0kg的压坯，并在氢气气氛下对压坯进行1300℃预烧结，增加压坯强度；
步骤4、高温烧结：将步骤3所得压坯在2000℃进行高温烧结10小时，获得密度18.10g/cm3的烧结坯条；
步骤5、开坯：采用多辊轧机在1650℃加热温度下连续轧制把直径23.0mm烧结坯条开坯成8.0mm合金杆；
步骤6、压力加工：将所述开坯得到的合金杆通过中/高频感应线圈加热至2400℃进行再结晶退火，然后通过多道次连续旋锻设备进行锻打至直径为4.0mm的钨杆，所述钨杆通过不同规格拉丝模进行粗拉拔加工，得到0.5mm直径规格的钨合金粗丝线材；
所述钨合金线材在拉拔到直径为0.5mm时需进行退火处理，其退火温度1500℃，退火后所述钨合金线材进行氧气环境下冷却；
退火冷却后的线材通过不同规格拉丝模进行拉拔加工，重复多次拉拔分别拉拔至所需线径。
此外，对钨丝实施退火处理，消除其因为塑性变形产生的残余应力，从而能够顺畅地实施多道拉拔加工。
实施例2
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈0.6wt％、钴40ppm、氧0.137wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤如下所述：
步骤1、掺杂：将仲钨酸铵粉末通过400℃、450℃、500℃、560℃逆氢连续还原炉进行氢气还原，仲钨酸铵粉末料层厚度为9mm，氢气流量为20L/min，氮气流量160L/min，得到蓝钨粉末，其氧指数为2.86，铵钨青铜相成分为83％；
将蓝钨粉末均匀分散于去离子水中得到蓝钨悬浮液，其中蓝钨粉末和去离子水的体积比为1:15；将硝酸铈粉末和硝酸钴粉末均匀分散于pH为12的碱性溶液中形成第一悬浮液，再将所述第一悬浮液通过真空管道喷洒到所述蓝钨悬浮液中，喷洒完成后进行烘干，得到掺杂蓝钨粉末；
所述烘干包括第一烘干阶段和第二烘干阶段，所述第一烘干阶段的温度为60℃，所述第二烘干阶段的温度为120℃；
步骤2、还原制粉：将步骤1所得的掺杂蓝钨粉末在四温区还原炉中还原成平均费氏粒度为1.0～4.0μm的合金粉；
步骤3、粉末压制：采用等静压方式将步骤2所得合金粉经过160MPa压力压制成单重1.5kg的压坯，并在氢气气氛下对压坯进行1200℃预烧结，增加压坯强度；
步骤4、高温烧结：将步骤3所得压坯在1800℃进行高温烧结5小时，获得密度18.5g/cm3的烧结坯条；
步骤5、开坯：采用多辊轧机在1600℃加热温度下连续轧制把直径15.0mm烧结坯条开坯成9.0mm合金杆；
步骤6、压力加工：将所述开坯得到的合金杆通过中/高频感应线圈加热至2000℃进行再结晶退火，然后通过多道次连续旋锻设备进行锻打至直径为4.0mm的钨杆，所述钨杆通过不同规格拉丝模进行粗拉拔加工，得到0.4mm直径规格的钨合金粗丝线材；
所述钨合金线材在拉拔到直径为0.4mm时需进行退火处理，其退火温度1300℃，退火后所述钨合金线材进行氧气环境下冷却；
退火冷却后的线材通过不同规格拉丝模进行拉拔加工，重复多次拉拔分别拉拔至所需线径。
此外，对钨丝实施退火处理，消除其因为塑性变形产生的残余应力，从而能够顺畅地实施多道拉拔加工。
实施例3
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈0.6wt％、钴200ppm、氧0.137wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤如下所述：
步骤1、掺杂：将仲钨酸铵粉末通过400℃、450℃、500℃、560℃逆氢连续还原炉进行氢气还原，仲钨酸铵粉末料层厚度为9mm，氢气流量为40L/min，氮气流量80L/min，得到蓝钨粉末，其氧指数为2.9，铵钨青铜相成分为83％；
将蓝钨粉末均匀分散于去离子水中得到蓝钨悬浮液，其中蓝钨粉末和去离子水的体积比为1:15；将硝酸铈粉末和硝酸钴粉末均匀分散于pH为12的碱性溶液中形成第一悬浮液，再将所述第一悬浮液通过真空管道喷洒到所述蓝钨悬浮液中，喷洒完成后进行烘干，得到掺杂蓝钨粉末；
所述烘干包括第一烘干阶段和第二烘干阶段，所述第一烘干阶段的温度为70℃，所述第二烘干阶段的温度为90℃；
步骤2、还原制粉：将步骤1所得的掺杂蓝钨粉末在四温区还原炉中还原成平均费氏粒度为1.0～4.0μm的合金粉；
步骤3、粉末压制：采用等静压方式将步骤2所得合金粉经过260MPa压力压制成单重5.0kg的压坯，并在氢气气氛下对压坯进行1400℃预烧结，增加压坯强度；
步骤4、高温烧结：将步骤3所得压坯在2400℃进行高温烧结15小时，获得密度17.5g/cm3的烧结坯条；
步骤5、开坯：采用多辊轧机在1700℃加热温度下连续轧制把直径25.0mm烧结坯条开坯成12.0mm合金杆；
步骤6、压力加工：将所述开坯得到的合金杆通过中/高频感应线圈加热至2600℃进行再结晶退火，然后通过多道次连续旋锻设备进行锻打至直径为4.0mm的钨杆，所述钨杆通过不同规格拉丝模进行粗拉拔加工，得到0.3mm直径规格的钨合金粗丝线材；
所述钨合金线材在拉拔到直径为0.3mm时需进行退火处理，其退火温度1800℃，退火后所述钨合金线材进行氧气环境下冷却；
退火冷却后的线材通过不同规格拉丝模进行拉拔加工，重复多次拉拔分别拉拔至所需线径。
此外，对钨丝实施退火处理，消除其因为塑性变形产生的残余应力，从而能够顺畅地实施多道拉拔加工。
实施例4
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈0.75wt％、钴200ppm、氧0.171wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤同实施例1。
实施例5
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈0.8wt％、钴300ppm、氧0.183wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤同实施例1。
实施例6
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈1.0wt％、钴100ppm、氧0.229wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤同实施例1。
对比例1.1
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈0.6wt％、氧0.137wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤同实施例3区别仅在于，未向蓝钨悬浮液中添加硝酸钴粉末。
对比例1.2
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈0.75wt％、氧0.171wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤同实施例1区别仅在于，未向蓝钨悬浮液中添加硝酸钴粉末。
对比例1.3
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈1.0wt％、氧0.229wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤同实施例1区别仅在于，未向蓝钨悬浮液中添加硝酸钴粉末。
对比例1.4
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：钇1.0wt％、钴100ppm、氧0.3wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤除步骤1中将硝酸铈替换为硝酸钇外，其他步骤均同实施例1。
对比例1.5
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈1.0wt％、铁100ppm、氧0.229wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤除步骤1中将硝酸钴替换为硝酸铁外，其他步骤均同实施例1。
对比例1.6
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈1.0wt％、镍100ppm、氧0.229wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤除步骤1中将硝酸钴替换为硝酸镍外，其他步骤均同实施例1。
对比例1.7
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈1.1wt％、钴100ppm、氧0.253wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤同实施例1。
对比例1.8
一种钨合金线材，其材料元素组成包括：铈1.0wt％、钴510ppm、氧0.229wt％，余量为钨和不可避免杂质。其制备步骤同实施例1。
对比例2.1
其材料元素组分同实施例1，该对比例与实施例1的区别在于：
步骤1中，将硝酸铈粉末和硝酸钴粉末溶解在去离子水中，再加入蓝钨悬浮液中进行充分搅拌，搅拌速度为40r/min，烘干获得掺杂蓝钨粉末；
其余步骤同实施例1。
对比例2.2
其材料元素组分同实施例1，该对比例与实施例1的区别在于：
步骤1中，所述第一烘干阶段的温度为90℃，所述第二烘干阶段的温度为130℃；
其余步骤同实施例1。
对比例2.3
其材料元素组分同实施例1，该对比例与实施例1的区别在于：
步骤6中，退火后的所述钨合金线材进行空气环境下冷却；
其余步骤同实施例1。
需要说明的是，上述实施例中的具体参数或一些常用试剂，为本发明构思下的具体实施例或优选实施例，而非对其限制；本领域技术人员在本发明构思及保护范围内，可以进行适应性调整。
性能测试
将实施例及对比例获得的不同规格线材采用下述方法进行抗拉强度及弹性极限强度测试。
测试方法为：采用标准拉力机，取长度200mm的钨丝夹持，一端进行恒速加载，获得抗拉强度数据和弹性极限强度；
所述抗拉强度由以下公式(1)计算获得：
σ＝F/S……(1)
其中，F为拉断力，N；S为原截面积，mm；
其测试评价结果见表1所示。
表1
其中：“\”表示无法加工到该规格，没有相关数据。
从表1的性能测试结果可以看出，本发明提供的钨合金线材通过在钨基体中掺杂铈和钴，钴在其中起弥散固溶强化效果，使钨合金线材在100μm的线径以下，具有4600MPa以上的抗拉强度；并且钴的加入有助于钨合金线材进一步细化，随着线径的缩小，其抗拉强度随之增大，在25μm时，其抗拉强度可达到6300MPa以上；而未添加钴的钨合金线材进一步细化加工到100μm以下的规格强度增幅明显低于添加钴的钨铈合金线材。
因此，采用本发明提供的合金线材，由于特定配比的铈和钴元素的加入，获得性能更好的合金线材，而在进一步工艺的优化下，能够实现大批量生产规格更细、强度更高、韧性更好的合金线材。
由此，本发明提供的合金线材或本发明提供的制备方法所制备的合金线材可以用于常规钨线材使用的切割加工领域，例如锯线、通过将线材织造为经线和纬线用以制造金属网等；
其中，所述锯线可以用于多种材料的切割，例如硅片、磁性材料、半导体材料等硬面材料，而所述半导体材料中包括蓝宝石、碳化硅等材料的切割，或者配合相关切削装置用以切断，基于其优异的性能在切割线应用方面，能有效改善其切割质量和切割效率，所述金属网可用于丝网印刷、用于检查用的探头、或导管的导线等；
需要说明的是，本发明提供的合金线材在切割领域实际应用中，所述合金线材可以作为母线，并于其上电镀或钎焊金刚石等颗粒，以用于包括硅片、蓝宝石、碳化硅等第三代半导体材料、磁性材料等硬面材料的切割加工；
基于丝网印刷被广泛地应用于印刷线路板、厚膜集成电路、太阳能电池、电阻、电容、压电元件、光敏元件、热敏元件、液晶显示元件等等的制造中，而本发明提供的合金线材所形成的金属网同样可以用于丝网印刷，用以替代不锈钢丝予以实施，例如替代小规格18μm以下的丝网等。
不仅如此，基于本发明提供的合金线材具有高抗拉强度、弹性极限强度以及推拉韧性、良好的导电性能和机械性能，所述合金线材可以适用于合金线材在医疗/工业精密器械线缆绳索领域中的应用，例如在各种机械设备上的线缆/绳索方面的应用中，此类线缆可提供最高的强度和最长的寿命，诸如在微创手术器械或铰接系统中，承受高负载和弯曲负荷
在单晶、多晶硅炉提拉系统选用钢丝绳，随着单晶、多晶硅炉吊装重量的增加，单晶硅炉上所用的钢丝绳的外径也由1.8mm增大到4.5mm，但是在以钢线切断负荷的30％以下为目标的前提下，为了提高单晶硅纯度和使用寿命，以及将“有磁场”植入单晶、多晶硅炉内，传统工艺中采用的是钢丝绳，但是钢丝绳无法应用于磁场中，会造成成品单晶棒晶体方向不平行，并且钢丝绳的富Fe性和高C含量，容易造成单晶硅主要杂质的超标，严重影响高纯度的要求；且随着单晶棒质量的不断增加，单晶、多晶硅炉内1500℃下绳的拉力和寿命要求也越来越高。
由此，本发明所提供的合金线材能够很好的满足“提拉系统”绳的高强度、高拉力、无磁性、耐高温，优良的垂直度等技术要求，使其得以应用于熔炼铸造、单晶炉等冶炼行业中，例如高温炉牵引绳索等；
同时，凭借其出色的柔韧性和耐磨性以及出色的抗拉强度和抗疲劳性，所述合金线材能够用于现代手术机器人所用微型机械丝绳的制作材料。
此外，可以将上述合金线材来驱动人类手臂、肘部和手腕的运动，由钨合金线材来驱动外科医生的骨骼肌肉运动，而不是像以往一样由医生自己的身体来驱动，这样机器人就可以减轻医生的负担，让医生在施行多台手术后也不会感到疲乏和劳累。
不仅如此，随着丝绳在医疗机器人和医疗器械的应用中承受的负荷越来越大，其结构也不断优化改进，以往常用的1×7、7×7、7×19结构已被更精密复杂的绞合丝绳(例如7×37、19×19和19×37)取代，不仅在前身的基础上提高了抗拉强度，同时也增加了高模量和出色的柔性，可满足现今外科器械更严苛的应用要求，更值得一提的是，制作直径半毫米、19×37结构的丝绳需要采用直径仅0.0005英寸＝12.7μm的细丝，这种细度几乎肉眼不可见。
此外，基于本发明所提供的合金线材具有的轻薄、高强度、高韧性等特性，还能够应用于纺织等技术领域，例如耐切割防护手套、防护服等，而将该合金线材用于耐切割安全防护用品上有极大的优势，目前现有工艺将钨丝和纱线纺织直接编成手套所使用的常见规格为18.5μm，30μm，40μm，而本发明提供的合金线材还可以加工到更细规格，最细可达3μm，使产品具有更加优异的柔软性，且更加轻薄，在提升防护等级的同时佩戴更加舒适和灵活，适用多种劳动安全保护场合；而高强度细钨丝的强度是不锈钢丝的2倍以上，优良的设计可使防切割等级提高至少2个等级以上，使得其等级评估达到美标的A6-A9和欧标的F级的高防护等级；
而本发明所提供的合金线材无论是直径、抗拉强度还是韧性，均能符合相应的要求。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种钨合金线材，其特征在于：所述钨合金包括钨、铈、钴和氧，所述钨合金中铈的含量为0.4～1.0wt％，钴的含量为40～500ppm，氧的含量为0.07～0.25wt％；所述钨合金线材的线径≤100μm，所述钨合金线材的抗拉强度≥4600MPa。
2.根据权利要求1所述的钨合金线材，其特征在于：所述钨合金线材的线径≤60μm；
所述钨合金线材的弹性极限强度≥3000MPa；
优选的，所述钨合金线材的线径＞50μm，且≤60μm时，线材抗拉强度≥5200MPa；
所述钨合金线材的线径＞30μm，且≤50μm时，线材抗拉强度≥6000MPa；
所述钨合金线材的线径≥20μm，且≤30μm时，线材抗拉强度≥6300MPa。
3.根据权利要求1所述的钨合金线材，其特征在于：所述钨合金中铈的含量为0.6～0.8wt％，钴的含量为100～300ppm，氧的含量为0.12～0.19wt％；所述钨合金线材的线径≤100μm，所述钨合金线材的抗拉强度≥5200MPa。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的钨合金线材的制备方法，其特征在于：包括掺杂、还原制粉、压制、烧结、开坯和压力加工。
5.根据权利要求4所述的钨合金线材的制备方法，其特征在于：所述掺杂包括以下步骤：
将蓝钨粉末均匀分散于去离子水中得到蓝钨悬浮液，将硝酸铈粉末和硝酸钴粉末均匀分散于pH＞11的碱性溶液中形成第一悬浮液，再将所述第一悬浮液喷洒到所述蓝钨悬浮液中，喷洒完成后进行烘干，得到掺杂蓝钨粉末；
优选的，所述蓝钨粉末的制备方法为：将仲钨酸铵送入还原炉，在400～600℃、氢气和氮气保护下进行还原得到蓝钨粉末，其中所述仲钨酸铵粉末料层厚度＜10mm，所述还原炉中氢气流量为20～40L/min，氮气流量为80～160L/min，所述蓝钨粉末的氧指数为2.85±0.05，铵钨青铜相成分＞80％。
6.根据权利要求5所述的钨合金线材的制备方法，其特征在于：所述烘干至少包括2个温度阶段，所述2个温度阶段以80℃为分界线，先在低于80℃下加热烘干，再在80℃以上加热烘干；
优选的，所述烘干包括第一烘干阶段和第二烘干阶段，所述第一烘干阶段的温度为60～70℃，所述第二烘干阶段的温度为90～120℃。
7.根据权利要求4所述的钨合金线材的制备方法，其特征在于：所述还原制粉包括将所述掺杂蓝钨粉末还原成平均费氏粒度为1.0～4.0μm的合金粉。
8.根据权利要求4所述的钨合金线材的制备方法，其特征在于：所述压力加工为：将所述开坯得到的合金杆进行再结晶退火，然后通过多道次连续旋锻设备进行锻打至直径为2.5～4.0mm的钨杆，所述钨杆通过不同规格拉丝模进行粗拉拔加工，得到0.3～0.5mm直径规格的钨合金粗丝线材；
优选的，所述压力加工中，所述开坯得到的合金杆通过中/高频感应线圈加热至2000～2600℃进行再结晶退火。
9.根据权利要求8所述的钨合金线材的制备方法，其特征在于：所述钨合金线材在拉拔到直径为0.3～0.5mm时需进行退火处理，其退火温度1300～1800℃，退火后所述钨合金线材进行氧气环境下冷却；
退火冷却后的线材通过不同规格拉丝模进行拉拔加工，重复多次拉拔分别拉拔至所需线径。
10.一种如权利要求1～3任一项所述的钨合金线材在材料切割、线缆、丝网印刷、绳索或纺织领域中的应用。
CN202410158868.8A 2024-02-04 2024-02-04 一种钨合金线材及其制备方法和应用 Pending CN118064778A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410158868.8A CN118064778A (zh) 2024-02-04 2024-02-04 一种钨合金线材及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410158868.8A CN118064778A (zh) 2024-02-04 2024-02-04 一种钨合金线材及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118064778A true CN118064778A (zh) 2024-05-24

Family

ID=91110151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410158868.8A Pending CN118064778A (zh) 2024-02-04 2024-02-04 一种钨合金线材及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118064778A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114231813B (zh) 一种合金线材及其制备方法与应用
JP2022112015A5 (zh)
KR20210043652A (ko) 티타늄 합금 선재 및 티타늄 합금 선재의 제조 방법
WO2015152166A1 (ja) 銅合金線材及びその製造方法
CN104726746A (zh) 一种高强亚稳定β型钛合金棒材及其制备方法
CN112888799A (zh) α+β型钛合金线材及α+β型钛合金线材的制造方法
CN105489263A (zh) 一种超细微铝镁合金丝线材及其制备方法
US20200362441A1 (en) Aluminum alloy wire and method for producing aluminum alloy wire
CN117888014A (zh) 一种钨合金线材及其制备方法和应用
CN118064778A (zh) 一种钨合金线材及其制备方法和应用
CN115287542B (zh) 一种具有均匀纳米孪晶分布的高强度低磁钢及其制备方法
CN109207826B (zh) 一种抗形变钨板及其制备方法
CN117987711A (zh) 一种合金线材及其制备方法与应用
Tracey et al. Some Observations on the Cold-Drawing and Annealing Behaviour of Nickel Containing a Dispersed Phase of Thoria
JP2011195881A (ja) 強度、導電率及び曲げ加工性に優れたチタン銅及びその製造方法
CN111748712A (zh) 一种铜银合金带材及其生产工艺
Liu et al. Effects of annealing on the texture and anisotropy of unidirectional rolled Mo–La alloys
CN116786621A (zh) 一种超细铬锆铜丝线材的制备方法
JPH0791728B2 (ja) 織 布
CN117926068A (zh) 一种稀土铜铁合金线材及其制备方法
JP2582919B2 (ja) オーステナイト系ステンレス極細線の製造方法
CN114540708A (zh) 一种富Co纳米颗粒强化型铁素体不锈钢及其制备方法
CN116130167A (zh) 一种高强高导耐冲击铜铬锆合金接触线的制备方法
CN115141986A (zh) 一种超低温结构用奥氏体钢及其制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination