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1、第 30 卷第 2 期 稀有金属与硬质合金 Vol. 30 . 2 2 0 0 2 年 6 月 Rare Metals and Cemented Carbides Jun. 0 0 2 2生产与工艺 改善钽丝性能的工艺方法 曹寒松 株洲硬质合金厂钽铌事业部 湖南 株洲 412000 摘 要 : 在传统工艺的基础上 对细径钽丝生产的关键工序进行了大幅度改进 重点解决了原工艺无法解决的钽丝氧 抗拉强度低 、 含量高 、 表面质量差 、 局部抗氧脆性差等问题 提高了钽丝的综合性能 。 尺寸公差大 、关键词 : 细径钽丝 综合性能 掺杂中图分类号 : TG 1461416 文献标识码 : A 文章编号
2、 : 1004 - 0536 2002 02 - 0028 - 05 前 言1 随着电子行业的迅速发展 钽电解电容器在电 移动通讯 、子计算机 、 汽车电子及彩电等领域得到广泛应用 其需要量大增 年均增长率约 13 1 作为钽电解电容器引线用钽丝 世界年需求量约 200 t 且以 D0124 mm 规格以下的优质钽丝为主 。G TB/3463 1995 钽 丝 国 家 标 准 对 细 径 D0119 、 120 、 00124 、125 mm 钽丝已不适用 代之是对钽丝性能要 0求严格的技术条件 。我厂传统生产工艺和设备已不能满足要求 主要表现为钽丝的批次质量不稳定 表面颜色不匀 不光亮 有细
3、拉沟和扭结现象 抗拉强度低 氧含量超标 局部抗氧脆性差 丝径不匀等 故 124 mm 规格的钽丝按现行的技术条件几乎无 D0法供货 无法参与市场竞争 。本研究的目的在于 全 图1钽丝生产工艺流程面提高钽丝的综合性能 解决钽丝生产中存在的严 212 原 料重质量问题 生产出能满足国内外用户要求的优质 1 钽粉 : 取符合内部转料标准的钠还原钽粉及细径钽丝 。 经氢化破碎脱氢处理的钽粉 。FSSS 粒度 lt 01077 mm 松装密度 310314 g/ cm3 杂质含量列于表 1 。2实验方法 1 表 钠还原钽粉的杂质含量 - 6 10211 基本生产工艺流程 O C H N Fe Si Ni
4、 Cr Ti Nb W Mo Al 基本生产工艺流程见图 1 。 1 900 60 10 50 35 20 30 28 3 40 20 20 2 本工艺与传统工艺相比较 主要改进为通过掺 2 000 65 60 50 40 30 50 轧制 、入微量元素 A 、 改性 并对混合 、 B 低压氧化 、拉伸工序和其他工序的工艺参数进行了优化处理 。 2 A 粉 : 纯度为 99195 粒度 lt 0105 mm 。收稿日期 :2002 - 03 - 16 修回日期 :2002 - 04 - 05作者简介 : 曹寒松 1958 - 男 工程师 主要从事细钽丝产品的生产和开发 。 第 2 期 曹寒松
5、: 改善钽丝性能的工艺方法 29 3 B 粉 : 纯度为 99195 粒度 lt 0105 mm 。 从表 2 中可以看出 当在钽粉中添加 01018 213 研究的主要内容 0102 B A 含量 01003 01008 时 随着 A 含量的增21311 调配混合 加 抗脆性明显提高 且对加工无明显不良影响 适 配混料的实际过程为 先将 A 粉或 B 粉分别加 于规模生产 。实验结果表明 无论掺 A 或掺 B 只要入到少量钽粉中混匀 制成中间钽粉 然后根据 A 掺杂量合适且分布均匀 都能提高钽丝的抗脆性 即或 B 不同含量要求 分别将中间钽粉再与钽粉配混 掺杂钽丝的抗脆性远优于纯钽丝 尤其是
6、同时掺 A 、成掺杂钽粉 装入 V” “ 形混料器 间断混合 lt 24 h 。 B 钽丝其抗脆性更为突出 。在钽丝中同时掺入 A 、21312 轧制 B 可以抑制晶粒长大 细化晶粒 。本厂生产的钽丝 真空垂熔钽条经孔型轧机轧制后 进行中间退 晶粒细小 钽丝的金相照片见图 2 。从图 2 可以看火 退火温度 1 200 1 450 保温时间 1 h 再轧 到钽丝晶粒细小 分布均匀 。因此 它们有足够的晶制成 D3 mm 棒 材 经 清 洗 真 空 退 火 退 火 温 度 界数量以容纳从阳极块钽粉中扩散到钽丝中来的氧1 2001 450 保温时间 1 h 转拉丝工序 。 气 从而不会形成一个随后
7、导致断裂的连续的脆性21313 阳极氧化及拉伸 通道 。 将真空退火后的钽丝 采用低电压作阳极氧化处理 。具体为使用直流电源 电压 lt 80 V 电流 lt 2A 保压 30 min 在 1 H2 SO4 溶液中进行阳极氧化 。经处理后的钽丝 使用合成润滑剂和硬质合金拉丝模或聚晶金刚石拉丝模 可在拉丝机上进行多道拉伸 道次加工率 lt 17 。21314 清洗去膜 拉至成品规格的钽丝表面有一薄层氧化膜 用含氟盐的酸液进行除膜后再用去离子水清洗干净 。 图 2 D0125 mm 钽丝的金相照片 000 13结果与讨论 条件 : 退火温度 1 400 时间 30 min311 掺杂对钽丝性能的影
8、响 日本某公司对我厂的钽丝进行了调查 现将其 有关资料表明 掺 A 钽丝的抗脆性优于掺 B 钽 调查报告的部分数据摘录列于表 3 。从表 3 可以看丝 故本实验在原工艺基础上 同时加入 A 、 元素 B 出 该分析结果与图 2 一致 。作钽丝晶粒抑制剂 生产掺杂钽丝 。有关掺杂钽丝 表3日本某公司对我厂产品的分析结果的基本性能如表 2 所示 。 钽丝规格/ mm 结晶粒径/m 表2掺杂对钽丝的性能影响 批 掺杂量/ 平均弯折 D0124 不可视 加工性能 号 B A 次数 5 支 D110 不可视 1 0 0 良好 115 D310 510 2 01020 良好 310 3 01020 010
9、03 良好 315 312 轧 制 4 01018 01005 良好 410 5 01018 01008 良好 412 本轧制工艺与传统轧制工艺的比较列于表 4 。 6 01020 01008 良好 415 笔者用新工艺制得 D3 mm 钽棒 钽棒经轧制 、 清洗 、 7 01050 01015 难加工需多次退火 真空退火 退火温度 1 350 保温 1 h 后的金相照 8 01100 01030 轧制开裂 片见图 3 。观察图 3 可见 钽棒的大小晶粒分布均 烧结条件为 1 900 30 min 166 2 10 -2 Pa 阳极块钽粉中氧含量 匀 大晶粒像一个框架散布于小晶粒之中 且总体晶
10、 1 700 10 -6 钽丝条件规定技术 : 平均弯折次数 抗氧脆性 。 3 粒细小 钽棒致密 为拉伸提供了良好的基础 。 30 有 金 属 与 硬 质 合 金 第 稀 30 卷 表4两种轧制工艺比较 工艺 设 备 钽棒缺陷 效率 劳动保护 传统工艺 旋锻机 螺旋节 、 、 、 易产生锻痕、 折迭 毛刺 包边 生产效率低 劳动强度大 噪声大 、 本工艺 孔型轧机 毛刺 有时产生飞边 、 生产效率高 劳动强度小 无噪声 、 表6加工过程中钽丝强度的变化 钽丝直径 抗拉强度/ MPa 序号 mm 1 样 2样 3样 平均值 1 0162 684 685 683 684 2 0157 710 72
11、2 714 715 3 0152 756 779 761 765 4 0148 823 807 834 821 5 0144 862 829 868 853 6 0141 884 876 884 881 图 3 D310 mm 钽棒的金相照片 800 7 0138 955 955 955 955313 拉伸工艺对钽丝性能的影响 8 0134 1 000 978 989 98931311 对钽丝的抗拉强度的影响 9 0132 1 050 1 064 1 051 1 055 对钽丝抗拉强度的要求列于表 5 。钽丝在拉伸 10 0129 1 076 1 077 1 076 1 076过程中抗拉强度逐
12、渐提高 控制拉伸道次可以满足 11 0127 1 125 1 143 1 143 1 137产品抗拉强度的要求 。从表 6 中可以看到将钽丝从 12 0124 1 178 1 156 1 156 1 163D0162 mm 拉伸至 D0124 mm 的加工过程中 其抗 冷态拉伸 。拉强度的增大情况 。 31312 对钽丝表面质量的影响 表5对钽丝抗拉强度的技术要求 MPa 钽丝表面质量技术要求为 : 表面应光亮 、 清洁 、 国内 国外 A 公司 国外 B 公司 国外 C 公司 无氧化色 放大 10 倍进行观察 钽丝表面不 无油污 、 7501 050 8821 078 1 0301 180
13、1 2001 650 构槽 毛刺和成串的凹坑 。 应有裂纹 、 、 拉伸经低压阳极氧化后的钽丝 为保证表面质 结合这些数据 制定适当的退火工艺制度 对不 量 拉丝模要修好模角 模孔应圆滑 、 无粘着 光亮 、同规格的钽丝进行调控 即可使其抗拉强度在 lt 呈圆 物 穿模时扎好钽丝端头 要求丝头表面光滑 、1 700 MPa 范围内调整 满足不同技术要求 。 锥形 穿好模后拉出一段丝并取一段长为 50 mm 的 我们对上述拉伸过程中的钽丝做了金相分析 丝放在 40 倍放大镜下 观察表面是否有连续拉沟 见图 4 。 钽丝表面符合要求后再穿下一道模 至所需规格 道 从图 4 的金相照片看 经过拉伸的
14、丝材其晶粒 次加工率 lt 17 。图 5 为钽丝从 D0. 71 mm 拉伸至沿着拉伸方向逐渐伸长 晶粒变细呈纤维状 结合表 D0124 mm 过程中的扫描电镜照片 放大 60 倍 钽6 的数据可知 随着钽丝在拉伸过程中的晶粒细化 丝表面质量与其他厂家对比见图 6 。可以使抗拉强度提高 。但随着抗拉强度的提高 钽 由图 6 可见 株洲硬质合金厂钽丝表面质量比丝的内应力逐渐增大 钽丝易弯曲扭结 细径钽丝产 以前大有进步 与某厂的钽丝表面质量接近 略优于生小曲环 这时需进行退火 以满足钽丝的直线度要 日本某公司钽丝产品质量 。求 。添加 A 、 能阻碍钽丝晶粒长大 提高再结晶温 B 31313
15、钽丝氧含量的影响及尺寸公差控制度 。根据物理冶金原理 弥散的第二相质点能提高 钽丝表面有一薄层氧化膜 传统工艺的氧含量再结晶温度 且弥散度越大 效果越好 。 一般为 200 - 6 290 - 6 而新技术规定氧含 10 10第 2 期 曹寒松 : 改善钽丝性能的工艺方法 31 图4同根钽丝在拉伸过程中的金相照片 800 a D0162 mm 钽丝 b D0157 mm 钽丝 c D0134 mm 钽丝 d D0124 mm 钽丝 图5同根钽丝在拉伸过程中的扫描电镜照片 60 a D0171 mm 钽丝表面 b D0167 mm 钽丝表面 c D0157 mm 钽丝表面 d D0144 mm 钽丝表面 e D0134 mm 钽丝表面 f D0129 mm 钽丝表面 32 有 金 属 与 硬 质 合 金 第 稀 30 卷 量 lt 200 - 6 。若采用传统工艺酸洗去氧化膜 易 10 造成同?闼肯呔恫痪?尺寸超差 钽丝尺寸允许偏 差见表 7 。 在室温下我们采用含氟盐的酸液进行酸洗 能 .