Si、Al、K摻雜鉬絲強化機理研究.pdf

1、由于鉬具有良好的導(dǎo)電和高溫性能，鉬絲常被用于制造燈泡中螺旋燈絲的芯線、引出線、掛鉤、支架、邊桿及其他部件，高溫爐的發(fā)熱體和結(jié)構(gòu)體等高溫元件。但是，純鉬的再結(jié)晶溫度較低，在800℃左右就開始再結(jié)晶，其高溫力學(xué)性能下降。因此，我們采用摻雜Si、Al、K的方法來提高鉬絲的再結(jié)晶溫度，從而提高鉬絲的高溫綜合力學(xué)性能。 到目前為止，國內(nèi)外對于用摻雜Si、Al、K的方式來提高鉬絲的再結(jié)晶溫度、改善其高溫力學(xué)性能，從而延長鉬絲在高溫下的使用壽

2、命、擴大其使用范圍的研究已比較成熟，有的已經(jīng)形成批量生產(chǎn)。大量的研究工作主要集中在Si、Al、K摻雜提高鉬絲的再結(jié)晶溫度，改善高溫力學(xué)性能的宏觀實證研究上，而很少有人深入地研究Si、Al、K摻雜鉬絲的強化機理，只是套用Si、Al、K摻雜鎢的強化機理來解釋Si、Al、K摻雜鉬。另外，摻雜元素Si、Al、K在鉬絲制備過程中含量的變化情況、在各加工階段的存在形式及演變過程、摻雜鉬絲中強化相的形成等問題均少有文獻(xiàn)報道，國內(nèi)更是無人問津。本課題對

3、以上問題進(jìn)行了詳細(xì)研究，對Si、Al、K摻雜提高鉬絲再結(jié)晶溫度的強化機理進(jìn)行了深入的分析討論和實驗驗證。 本文通過原子吸收光譜法（AAS）、掃描電鏡（SEM）、能譜分析（EDS）等實驗手段對摻雜元素Si、Al、K在鉬絲制備過程中的含量變化情況、存在形式及演變過程以及燒結(jié)鉬條和退火鉬絲的組織形貌進(jìn)行了跟蹤檢測分析；通過差示掃描量熱分析（DSC）和摻雜退火鉬絲硬度實驗檢測Si、Al、K摻雜鉬絲的再結(jié)晶溫度；通過熱模擬實驗對純鉬條和S

4、i、Al、K摻雜鉬條的高溫綜合力學(xué)性能進(jìn)行了對比分析。 研究結(jié)果表明： ①在Si、Al、K摻雜鉬絲的制備過程中，Si、Al、K含量在還原和燒結(jié)以后 都顯著降低，最后只有極少部分殘留下來。Si、Al、K的原始摻雜含量越多，燒結(jié)后殘留的含量就越高，即摻雜元素的殘留量與原始摻雜含量之間存在正相關(guān)的關(guān)系。 ②摻雜元素K的摻雜含量越高，在還原和燒結(jié)后其收益率越低，即K的收 益率與摻雜含量負(fù)相關(guān)。而Si和

5、Al的收益率與摻雜含量之間則沒有這種負(fù)相關(guān)的關(guān)系，也不存在規(guī)律性的定量關(guān)系。 ③燒結(jié)鉬條的密度隨Si、Al、K摻雜含量的增加而降低。 ④ Si、Al、K摻雜使鉬條的高溫綜合力學(xué)性能得到了明顯的改善。 ⑤ Si、Al、K摻雜顯著提高了鉬絲的再結(jié)晶溫度，提高幅度約為550～600℃。 再結(jié)晶溫度隨Si、Al、K摻雜含量的增加而升高，再結(jié)晶后組織呈長徑比較大的晶粒形成的燕尾搭接狀鏈鎖結(jié)構(gòu)。 ⑥在S

6、i、Al、K摻雜還原后的鉬粉中，摻雜元素主要是以硅酸鋁和硅酸鋁鉀 的形式存在，摻雜物顆粒主要分布在Mo粉的表面或表面孔洞中。 ⑦在低溫?zé)Y(jié)階段，硅酸鋁充分分解，而硅酸鋁鉀相對較穩(wěn)定。在高溫?zé)Y(jié) 階段，硅酸鋁得到完全分解，硅酸鋁鉀開始分解，分解產(chǎn)物中的大部分Si和Al主要以氧化物的形式沿晶界通過表面連通孔揮發(fā)掉，其余部分則固溶進(jìn)入Mo基體。由于K不能固溶于Mo基體，分解產(chǎn)物中的絕大部分K以元素的形式在晶界擴散后

7、通過表面連通孔揮發(fā)掉，其余部分殘留在晶界處形成K泡。由于鉬的燒結(jié)溫度只有2000℃左右，在此溫度下，硅酸鋁鉀不能完全分解，因此，高溫?zé)Y(jié)也不能完全除去硅酸鋁鉀。摻雜元素K則以兩種方式同時存在：K泡和硅酸鋁鉀摻雜物顆粒，其中K泡是主要的存在形式。 ⑧在旋鍛、拉拔階段，K泡、含摻雜元素氣泡和殘留硅酸鋁鉀摻雜物顆粒在 外力的作用下發(fā)生變形，由原來的球狀變成沿絲軸方向的長徑比較大的紡錘狀或橢球狀。當(dāng)氣泡的長徑比超過某一臨界值后