[发明专利]掺杂高温钼合金棒和丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钼合金及其制备方法，特别是涉及用于制备电光源器件中的零件、高温炉中加热丝和玻璃行业发热电极等需具备高温使用性能的钼合金及其制备方法。

背景技术

众所周知，金属钼具有熔点高(2620℃)，导电导热性好，高温强度和硬度好，加工性能好等优点，因此，钼丝材常被用于制造电光源器件中所需的零部件(如：高压钠灯等特种灯泡中螺旋灯丝的芯线、引出线、挂钩、支架、边杆及其他部件)，高温炉中用作氢气炉用加热丝，玻璃行业用作发热电极等高温元件。但纯钼的再结晶温度较低，纯钼丝退火温度达到900～1000℃时，纤维组织会产生明显变化，部分平直的纤维边界出现微小晶粒，随着退火温度升高，再结晶形成的细小等轴状晶粒越来越多，纤维组织越来越少，至1250～1300℃退火后，丝材中所有变形纤维组织全部被等轴状再结晶晶粒所代替，容易发生脆断。因此，纯钼制品远远不能满足制备上述高温灯支架丝，高温炉中加热丝等零件时对其高温使用性能的要求。近期的实验研究表明，采用往纯钼中掺杂K、Si、Al的方法可以大大提高钼合金的再结晶温度，从而提高钼合金的高温使用性能。并获知此种掺杂钼合金中，起主要强化作用的元素是钾，但在制取掺杂合金的过程中，单一的钾元素在制取钼合金的还原和烧结过程中，几乎全部挥发，达不到理想的效果；而添加硅、铝元素的作用是减少钾在高温时的挥发，使钾元素在钼基体中形成“钾泡”，在位错和晶界处(注：即晶粒与晶粒交界的地方)产生钉扎作用，抑制钼在高温下的晶粒长大，从而提高钼的再结晶温度和高温使用性能。中国专利《一种高温钼合金及其制备方法》(申请号200610098709.5)公开了一种掺杂K、Si、Al的高温钼合金，其合金的重量百分组成为K：0.05～1.0％，Si：0.1～0.5％，Al：0～0.05％，余量为Mo和O及不可避免的杂质。制备方法是以二钼酸铵为原料加氢气一次还原得到二氧化钼；将二氧化钼与按合金设计成分配制的K2Si03、Al(NO3)3溶液在双锥真空干燥掺杂锅中进行液-固掺杂后，烘干；再将掺杂粉进行二次氢气还原制得掺杂钼粉；将掺杂钼粉进行冷等静压压制成掺杂钼棒坯；在1250℃温度下预烧结1小时后，再在1960℃温度下烧结6小时制成掺杂钼棒；将钼棒先后在1650℃、1350℃温度下进行二次轧制成钼杆；再经大盘拉拔得到掺杂钼丝，在1350±50℃温度下进行30min保温退火后至中盘拉拔得到Mo-Si-Al-K掺杂钼丝。实施上述200610098709.5专利技术存在的问题是：1.产品合金中的K、Si、Al含量高，考虑到K、Si、Al在高温烧结时的挥发量大，掺杂时还必须过量添加，因此，烧结时炉内挥发物的浓度很高，影响钼条的烧结；同时，产品合金中的K、Si、Al含量高，掺杂剂对压力加工时的变形抗力增大，K、Si、Al含量越高，加工硬化现象越明显，必须增加加工过程的退火次数。2.采用的原料二钼酸铵粒度粗，还原得到的二氧化钼粒度相应地也粗，而掺杂时添加的大量的K在二次还原时还能促使粉末粒度变得非常粗大，为控制掺杂钼粉的粒度，需降低二次还原温度，而还原温度低必将导致钼粉氧含量高，影响压制钼坯强度和烧结钼棒的质量。3.该制备方法采用钼酸铵直接进行氢还原制取二氧化钼，由于钼酸铵中的NH₃⁺在氢气气氛中难以完全去除，钼粉中N的残留量大，在高温烧结时N易与Mo反应生成氮化钼，而氮化钼能引起钼加工过程中的脆性，还会影响钼制品的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述申请专利技术的K、Si、Al掺杂高温钼合金及其制备方法存在的技术缺陷，提供一种新的K、Si、Al掺杂高温钼合金及其制备方法，使产品合金中K、Si、Al含量低，二次还原后的掺杂钼粉氧含量低，不需进行预烧结即可直接进行高温烧结；掺杂钼粉成型性好，不需加成型剂即可压制成型；烧结后的掺杂钼棒加工性能好，采用常规的纯钼加工工艺即可制得各种规格的掺杂高温钼合金棒或丝，而且成材率高，加工出的钼制品具有较好的高温使用性能和综合力学性能，并适合大规模工业化生产。

为实现本发明目的，采用的技术方案是：

本发明的掺杂高温高温钼合金棒或丝的重量百分组成为：K 0.01％～0.045％，Si 0.01％～0.05％，Al 0.0005％～0.005％，余量为Mo和O，以及不可避免的杂质。K、Si、Al三种元素是以氧化物的形式存在于钼的基体中，不可避免的杂质是微量Fe、Ni、Mg、Ca等。

本发明的上述K、Si、Al掺杂钼合金具有粗大晶粒的金相显微组织，使得钼的再结晶温度和再结晶退火后的力学性能提高。