鎢的加工及其應(yīng)用

1.鎢材加工流程及深加內(nèi)容

純鎢加工流程鎢重合金燒結(jié)制品金屬鎢二大制品:

燒結(jié)制品，加工材制品鎢加工材制品鎢材的深加工技術(shù)主要內(nèi)容鎢板材發(fā)熱體（鉚接法）鎢-鎢鉚接電火花切割鎢板成形鎢絲網(wǎng)發(fā)熱體（熔焊法）電火花切割熔焊片材成形編網(wǎng)2.

鎢材深加工主要技術(shù)及其分析

2.1成形加工技術(shù)

鎢制品需解決二大性能問題：材料的使用性能，如應(yīng)力斷裂、蠕變、疲勞……材料的加工與成形性能2.1.1鎢材成形加工曲線

延-脆轉(zhuǎn)變溫度，再結(jié)晶溫度，推薦的沖、彎變形溫度范圍與板材厚度關(guān)系。板材厚度,mm延-脆轉(zhuǎn)變溫度●

延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度（DBTT）

DBTT對(duì)鎢材成形加工具有特殊意義：低于DBTT時(shí)，鎢呈脆性，對(duì)其不能進(jìn)行成形加工只有高于DBTT時(shí)，才能進(jìn)行成形加工DBTT隨著變形量增加而下降通常，鎢的DBTT：150~450℃●

鎢的再結(jié)晶溫度（TR）

鎢材成形加工另一個(gè)重要因素就是TR:溫度超過TR時(shí)，鎢發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，強(qiáng)度、硬度下降，脆性產(chǎn)生，不宜成形。TR是成形加工的上限溫度純鎢再結(jié)晶溫度范圍：1150~1400℃●

成形加工溫度范圍

下限溫度DBTT上限溫度TR成形加工所采用的彎曲、沖、鍛打均需在DBTT-TR范圍內(nèi)進(jìn)行●

鎢熱旋壓2.1.2影響DBTT的主要因素●

雜質(zhì)元素氧、碳含量對(duì)DBTT影響

圖4氧和碳對(duì)單晶和多晶鎢的DBTT的影響延性-脆性轉(zhuǎn)變，溫度K

DBTT均隨氧、碳含量增加而升高；在相同原子濃度時(shí)，氧對(duì)DBTT似乎更有害的影響。氧含量高時(shí)，易引起鎢的脆化，主要是由于氧在晶界上的偏析，這種偏析降低了表面能，從而促使晶間破裂。碳的脆化作用是由于位錯(cuò)與碳化物顆粒間的相互作用，導(dǎo)致為消除位錯(cuò)應(yīng)力和屈服應(yīng)力提高

Plansee公司純鎢燒結(jié)坯的主要非金屬雜質(zhì)含量（μg/g)W純度最小99.95%平均99.98%●

制備工藝和退火溫度對(duì)DBTT影響

圖鎢板的DBTT與制備工藝和退火溫度的關(guān)系退火溫度（℃×102），保溫1h電子束熔煉DBTT（℃）退火溫度（F×102），保溫1h粉末冶金電弧熔煉化學(xué)氣相沉積

各種工藝制備的材料的DBTT均隨退火溫度升高而升高。粉末冶金和電弧熔鑄材料的DBTT比其它工藝材料的DBTT低。就再結(jié)晶狀態(tài)而言，在各類材料中粉末冶金的DBTT最高。成形加工一般都在<TR進(jìn)行，因而粉冶法材料的DBTT更有利于成形加工。

圖軋制鎢板典型的加工顯微組織(a)2.54mm厚，縱剖面，×250（b)1mm厚，縱剖面，×250

δ=89%，~280℃δ=95%，~240℃ab●

變形量對(duì)DBTT影響變形量增加，DBTT下降

圖W-2ThO2的強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率以及DBTT與燒結(jié)坯塑性變形程度的關(guān)系DBTT（℃）UTS（MPa)延伸率（%)變形量

圖W-2ThO2絲的典型加工變形顯微組織φ2.4mm，縱截面，×250，δ=95%●

晶粒度的影響

圖晶粒度對(duì)鎢的DBTT的影響DBTT°K

DBTT隨著晶粒尺寸的增大先升高而后下降；中等晶粒度時(shí)（~0.1mm），DBTT達(dá)最高值；實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分散性較大，這是由于研究所用的各批材料的雜質(zhì)量含量和分布不同所致；細(xì)晶粒鎢材的DBTT較低，有利于成形加工；可通過細(xì)化晶粒的各種途徑（如摻雜、添加稀土等），把材料的晶粒度調(diào)整到合適范圍。

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表面狀態(tài)對(duì)DBTT的影響常用的表面處理法：電解拋光——去除加工中產(chǎn)生表面刮痕和裂紋

氧化法——鎢品在空氣中氧化，去除含碳層或消除表面劃痕

噴射法處理工藝造成劃痕或裂紋

研磨法鎢材表面狀態(tài)與處理方法關(guān)系密切，不同處理方法材料表面粗糙度不一樣，導(dǎo)致對(duì)DBTT不同影響。由下面曲線可以看出：氧化法、電拋光法使材料的延性得到改善，機(jī)械法不利于延性改善，帶缺口的延性最差。

變形加工時(shí)的變形量（%）圖鎢的表面狀況對(duì)其延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度的影響2.2接合技術(shù)

2.2.1熔焊鎢材接合方法有機(jī)械接合、熔焊、釬焊、電阻焊、擴(kuò)散焊、氣相沉積等。最常用的熔焊方法：鎢弧焊（TIG）和電子束焊（EB）；二者相比，電子束焊可得到更大的深度與寬度比值，更狹窄的熱影響區(qū)。焊前先把待焊零件予熱到700~800℃，以防焊接過程中的熱沖擊引起斷裂。

熔焊一般在材料的低應(yīng)力區(qū)進(jìn)行，焊接區(qū)設(shè)計(jì)和選擇十分重要，見下圖，可進(jìn)行W-W、W-WRe、W-MoRe焊接。

2.2.2釬焊采用金屬或合金作充填材料，采用TIG或EB提供所需熱源，選用保護(hù)氣氛或真空進(jìn)行釬焊。高溫應(yīng)用場(chǎng)合，可用Mo、Re、W等合金作為充填材料。Plansee公司所用的鎢的或鎢-石墨的釬焊充填材料如下：

2.3鉚接鎢的構(gòu)件可以用鎢鉚釘或鉬鉚釘進(jìn)行連接。Plansee公司所用的鎢園頭鉚釘和埋頭尺寸標(biāo)準(zhǔn)如下表：鎢園頭鉚釘尺寸標(biāo)準(zhǔn)（與DIN660相似）鎢埋頭鉚釘尺寸標(biāo)準(zhǔn)（與DIN661相似）2.3機(jī)械加工

車削：進(jìn)刀量必須大，最好予先把工件加熱到>200℃磨削：砂輪磨、切電火花加工切割2.4表面處理技術(shù)

必須通過脫脂和酸洗來除去工件表面的油、氧化物及沾污物。脫脂：常用三氯乙烯、全氯乙烯等溶劑堿洗：93~97%NaOH+7~3%KNO3,400~500℃,3~10分鐘

WO3+2NaOHNa2WO4+H2O酸洗：堿后的酸洗，去除表面上堿洗后殘留污點(diǎn)30%HNO3+70%H2O，50~60℃，15~20分鐘熔融3.鎢材深加工產(chǎn)品廣泛應(yīng)用

鎢制品的品種繁多,應(yīng)用十分廣泛，覆蓋許多工業(yè)部門。

航空航天艦艇核潛艇兵器軍用電子國防軍工能源機(jī)械冶金民用電子電光源微電子化工醫(yī)療玻璃汽車W手表家電用品體育器材辦公用品民用工業(yè)生活日用品鎢制品的廣泛應(yīng)用●

電光源

鎢-釷陰極鎢-釷（或純鎢）陽極寬銀幕電影用的特殊光源（高壓直流氙弧燈電極）摻雜鎢燈絲、W5Re特?zé)艚z、鎢釷氙弧燈電極…….?！?/p>

電子工業(yè)

重要的電子管材料高功率微波管用的大表面積鎢陰極●

電力工業(yè)

WCu高壓觸頭WCu觸頭●

汽車工業(yè)

車輛馬達(dá)點(diǎn)火器用的鎢觸點(diǎn)●

高溫爐構(gòu)件

高溫爐發(fā)熱體、隔熱屏、支架上隔熱屏中隔熱屏發(fā)熱體料架下隔熱屏●

玻璃、陶瓷工業(yè)

高溫流口W/Ir流口●

核工業(yè)

廢核燃料再生處理用的鎢坩堝●

醫(yī)療器件

CT機(jī)上準(zhǔn)直儀鎢片蒸鍍用鎢舟鎢弧焊接電極4.

結(jié)語

鎢材深度加工具有以下特點(diǎn)：技術(shù)含量高、產(chǎn)品附加值高，然而往往是多品種