HU216708B

HU216708B - Non-sag volfrámhuzal

Info

Publication number: HU216708B
Application number: HU9403072A
Authority: HU
Inventors: József Apagyi; Robert J. Arena; István Mészáros; György Nagy; Milan R. Vukcevich
Original assignee: Ge Lighting Tungsram Rt.
Priority date: 1994-10-24
Filing date: 1994-10-24
Publication date: 1999-08-30
Also published as: DE19539051A1; HUT72457A; HU9403072D0; DE19539051C2

Abstract

A találmány tárgya nőn-sag vőlfrámhűzal fényfőrrás vagy fűtőtestcéljára, mely vőlfrámhűzal pőrkőhászati útőn készült vőlfrámtömbbőltermőmechanikai útőn van előállítva, tővábbá újrakristály sődás űtánátlapőlt kristályszerkezete van és dőpőlóanyagőt tartalmaz. Atalálmány szerinti vőlfrámhűzal lényege, hőgy dőpőlóanyagként azalábbi adalékanyagőknak legalább az egyikét tartalmazza: lantán(III)-őxid, cériűm-diőxid. ŕ

Description

A találmány tárgya non-sag volfrámhuzal fényforrás vagy fűtőtest céljára, amely volfrámhuzal porkohászati úton készült volfrámtömbből termomechanikai úton van előállítva, továbbá újrakristályosodás után átlapolt kristályszerkezete van és dopolóanyagot tartalmaz. Az újrakristályosodás hőkezelés vagy az első égetés során következik be.

A volfrámhuzalokból készült izzólámpa- vagy futőtest-izzóspirálokkal szembeni elvárás egyrészt mind a hideg, mind a meleg állapotban mutatott azonosan jó rázásszilárdság, másrészt a jó non-sag tulajdonság magas hőmérsékleten.

A szakirodalomból jól ismert (lásd például: E. Pink, L. Bartha: The Metallurgy of Doped/Non-sag Tungsten, Elsevier Appl. Se.), hogy a non-sag tulajdonságot a volfrám-oxidok alumínium-, kálium- és szilíciumvegyületekkel való dopolásával lehet elérni. E technológiai folyamat során a szilícium és alumínium dopolóanyagok elpárolognak, míg a káliumgőzből kialakult buboréksorok hőkezelés után átlapolt rekrisztallizált szerkezetet hoznak létre, amely biztosítja a jó non-sag tulajdonságot, ugyanakkor viszont a rázásszilárdság nem mindig éri el a kívánt szintet.

A rázásszilárdság növelésére szokás 0,75-1,0 tömeg% ThO₂ dopolóanyagot alkalmazni, mivel a tórium-oxidos volfrámnál a hőkezelés után ekviaxiális (vagyis kitüntetett kristálytengelyirány-mentes) krisztallit szerkezet alakul ki, ahol a gyors szemcsehatár-vándorlást a szemcsehatárokon elhelyezkedő tórium-oxid-részecskék megakadályozzák, és ezáltal rázásszilárddá teszik a volfrámhuzalt, ugyanakkor az ilyen volfrámhuzal hajlamos magas hőmérsékleten a gyors deformációra. Az ilyen dopolású volfrámhuzalnak hátránya egyrészt, hogy nem jó a non-sag tulajdonsága, másrészt hogy radioaktív tóriumot tartalmaz.

Abból a célból, hogy az említett jó tulajdonságokat egyesíteni lehessen, a gyártók különféle megoldásokkal próbálkoznak. Például néhány százalék réniumot is adalékolnak az alumíniummal, káliummal és szilíciummal dopolt volfrámhoz, amellyel jó non-sag tulajdonság mellett jó rázásszilárdság érhető el. Hátránya azonban a megoldásnak, hogy drága, másrészt az ilyen volfrám csak nehezen munkálható meg.

A találmány célja olyan megoldás biztosítása, amellyel az említett jó tulajdonságok egyesíthetők, ugyanakkor kiiktatható a radioaktív tórium, és a volfrámhuzalt könnyen lehet megmunkálni és elfogadható áron lehet előállítani.

Felismerésünk alapján a kívánt célt olyan volfrámhuzallal érhetjük el, amely lantán(III)-oxidot vagy cérium-dioxidot, vagy lantán(III)-oxidot és cérium-dioxidot együttesen tartalmaz. Felismertük, hogy meghatározott mennyiségű lantán(III)-oxiddal és/vagy cérium-dioxiddal dopolt volfrám esetén a kovácsolás, húzás folyamán felaprózódó szilárd második fázis a káliumgőzbuborékokhoz hasonlóan egy ideig meggátolja a szekunder rekrisztallizációt, majd egy bizonyos hőmérséklet felett a káliumos volfrámhoz hasonlóan ugrásszerű szemcsenövekedés következik be, amely az alumínium, kálium, szilícium dopoláshoz hasonló átlapolt rekrisztallizált szerkezetet eredményez.

Találmányunk ennek megfelelően non-sag volfrámhuzal fényforrás vagy fűtőtest céljára, mely volfrámhuzal porkohászati úton készült volfrámtömbből termomechanikai úton van előállítva, továbbá újrakristályosodás után átlapolt kristályszerkezete van és dopolóanyagot tartalmaz, és e dopolóanyag tartalmazza az alábbi adalékanyagoknak legalább az egyikét:

- lantán(III)-oxid,

- cérium-dioxid.

Azt találtuk, hogy a lantán(III)-oxid és/vagy cériumoxid adalékanyag segítségével a kitűzött cél viszonylag kis adalékanyag-koncentrációk esetén érhető el legeredményesebben, mégpedig, ha az adalékanyag mennyisége a 0,6 tömegszázalékot nem éri el, célszerűen azonban 0,475 tömegszázalék vagy az alatti értékű.

Azt találtuk, hogy a kívánt hatás elérésének alsó határához tartozó adalékanyag-mennyiség 0,2, célszerűen 0,3 tömegszázalék érték.

A találmányunk szerinti volfrámhuzal jó non-sag tulajdonságú, rázásszilárd, nem szükséges hozzá radioaktív tórium, előállítási költsége nem túl magas, termomechanikailag könnyen megmunkálható, vagyis lehetővé teszi a jó tulajdonságú vékony huzalok gyártását. További előnye a találmány szerinti volfrámhuzalnak az alumíniummal, káliummal, szilíciummal dopoltakhoz képest, hogy elektronkilépési munkája is lényegesen alacsonyabb, ezért például kisülőlámpák és katódsugárcsövek katódjaként is felhasználhatók.

Találmányunkat a továbbiakban példákon keresztül mutatjuk be részletesebben.

A találmány szerinti volfrámhuzalt például az alábbiak szerint gyárthatjuk. Porkohászati úton volfrámtömböt állítunk elő dopolt volfrámvegyületből kiindulva, mely volfrámvegyületbe vizes oldatú dopolóanyagot keverünk szobahőmérsékleten, ezt követően szárítjuk 100-150 °C-on, majd redukáljuk 700-860 °C hőzónájú ellenáramú, hidrogénatmoszférájú kemencében, a redukció után keletkezett port préseljük, például 12x12 mm keresztmetszetű rúddá, melynek anyagsűrűsége 10±0,5 g/cm³, ezt követően előszintereljük áttoló rendszerű kemencében, hidrogénatmoszférában 1200-1300 °C-on mintegy 15 percig, majd szintereljük szintén hidrogénatmoszférában ellenállásfütéssel, hőlépcső alkalmazása mellett úgy, hogy 15 perces felfutási, 10-20 perces első hőlépcsőn tartási, 5-6 perces továbbfutési, 20 ± 10 perces második hőlépcsőn tartási és körülbelül 5 perces lehűtési szakaszt alkalmazunk. A második hőlépcsőnél az átolvadási áram 90-95%ának megfelelő áramértéken (körülbelül 4000 A) szinterelünk, míg az első hőlépcsőnél a második hőlépcsőnél alkalmazott áramérték mintegy 70%-ánál (körülbelül 2800 A) dolgozunk. Az így keletkezett volfrámtömböt, amely 3,5 mikron szemcseméret alatti adalékanyagot tartalmaz, azután termomechanikai úton, kovácsolással, közbenső rekrisztallizációs hőkezelésekkel, majd húzással, és ha a huzalátmérő megkívánja, lágyító hőkezelésekkel volfrámhuzallá alakítjuk. Tapasztalatunk szerint mintegy 100 °C-kal magasabb kovácsolás!

HU 216 708 Β hőmérsékletet célszerű alkalmazni, mint alumínium, kálium, szilícium dopolású volfrám esetében, és ajánlatos 30-35%-os mértékű kovácsolási alakítás után 1700±50 °C-on rekrisztallizációs hőkezelést végezni. A húzási műveletek során 0,2 mm huzalátmérő alatti esetben 1100-1300 °C-on lágyító hőkezelést célszerű végezni.

Találmányunk szerint a kiinduló volfrámvegyületbe, amely lehet ammónium-paravolframát vagy volfrám-kékoxid vagy más volfrám-oxid, a technológiai folyamat során oxiddá alakuló lantán- és/vagy cériumvegyület vizes oldatát adagolják. E vegyületek célszerűen lantánnitrát és/vagy cériumnitrát formában kerülhetnek adagolásra.

A leírt módon 12 χ 12 mm keresztmetszetű 0,4 súlyszázalék La₂O₃-tartalmú színtereit volfrámrudakból termomechanikai úton, kovácsolás és húzás segítségével 0,4 mm átmérőjű huzalokat gyártottunk, amelyek SÁG tulajdonságát (a JIS 4460 General Rules fór Test of Tungsten and Molybdenum Materials fór Lighting and Electric Equipment alapján) mérve, az 10-16 mm-re adódott. Ugyanez az érték K-, Si-, Al-dopolású volfrám esetében 7,5-13 mm-re adódott, míg 1% ThO₂-dopolású volfrám esetében körülbelül 40 mm-re. A rázásszilárdságra jellemző adat, a szekunder rekrisztallizáció után mért krisztallithossz és -szélesség arányátlaga, azaz az L/W mérőszám a találmány szerinti volfrámhuzalnál 7-15-re adódott, míg a K-, Si-, Al-dopolású esetében 7- 10-re, 1 % ThO₂-dopolású esetben pedig 1 -2-re.

0,4 tömegszázalék cérium-oxid-tartalmú volfrám esetében a SAG-érték 11-14 mm-re, míg az L/W viszony 15-20-ra adódott.

0,4 tömegszázaléknyi, körülbelül fele-fele arányban lantán(III)-oxid- és cérium-dioxid-tartalmú volfrám esetén a SAG-tulajdonság 15-18 mm-re, míg az L/W viszony 11-15-re adódott.

A leírt példáktól eltérően igen sokféle volfrámhuzal valósítható meg oltalmi körünkbe tartozóan, ezért találmányunkat nem korlátozzuk a leírt példákra.

Claims

1. Non-sag volfrámhuzal fényforrás vagy fűtőtest céljára, amely volfrámhuzal porkohászati úton készült volfrámtömbből termomechanikai úton van előállítva, továbbá újrakristályosodás után átlapolt kristályszerkezete van és dopolóanyagot tartalmaz, azzal jellemezve, hogy dopolóanyagként az alábbi adalékanyagoknak legalább az egyikét tartalmazza:

- lantán(III)-oxid,

- cérium-dioxid.

2. Az 1. igénypont szerinti volfrámhuzal, azzal jellemezve, hogy a dopolóanyagot 0,6 tömegszázaléknál kisebb mennyiségben tartalmazza.

3. A 2. igénypont szerinti volfrámhuzal, azzal jellemezve, hogy a dopolóanyagot 0,475 tömegszázalékban vagy annál kisebb mennyiségben tartalmazza.

4. A 2. igénypont szerinti volfrámhuzal, azzal jellemezve, hogy a dopolóanyagot legalább 0,2 tömegszázalékban tartalmazza.

5. A 4. igénypont szerinti volfrámhuzal, azzal jellemezve, hogy a dopolóanyagot legalább 0,3 tömegszázalékban tartalmazza.