[发明专利]一种细晶难熔金属的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种细晶难熔金属的制备方法。

背景技术

难熔金属中的钽、铌及其合金，通常采用电子束或电弧炉将金属材料融化制成棒状坯料，然后将该棒状坯料加热后，采用挤压、锻造和轧制等方法制成各种板、棒、带或薄等各种形状的块体材料；同时，熔炼的钽铌在融化状态下缓慢冷却，得到的材料晶粒粗大，虽然采用大挤压比挤压可以实现晶粒的细化，但很难获得晶粒均匀的超细等轴晶。熔点更高的钨和钼，一般采用粉末冶金法制备，首先将金属粉末压制成坯料，然后对该坯料进行真空或氢气气氛烧结，形成相对致密的可以加工的块体材料。采用粉末冶金法制备钨钼金属材料，其固相烧结方式本身决定了材料具有残余孔隙，而且晶粒大小不均，对于钨钼合金而言，机械或化学制粉方法均无法实现材料成分的均匀性。而成分不均和残余孔隙导致材料的机械性能、电性能和电子发射性能降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种细晶难熔金属的制备方法，不仅能保证难熔金属的机械性能、电性能和电子发射性能，而且制得的难熔金属材料成分均匀，组织晶粒细小均匀、无残余孔隙。

本发明所采用的技术方案是，一种细晶难熔金属的制备方法，采用现有粉末冶金或等离子喷涂法制得难熔金属材料，然后将该难熔金属块体材料用一定功率和速率的激光束进行扫描，使材料快速融化并快速凝固，之后，将激光扫描后的难熔金属材料在真空或氢气气氛中进行退火处理，消除应力，获得超细化晶粒的材料，消除烧结孔隙，提高材料的密度，尤其是提高合金化元素分布的均匀性，从而提高材料各项性能，该方法按以下步骤进行：

步骤1：采用现有粉末冶金或等离子喷涂法制得难熔金属材料；

步骤2：采用激光器对步骤1制得的难熔金属材料进行扫描，使该难熔金属材料在激光束扫描区域融化，然后快速凝固；

步骤3：将步骤2经激光扫描后的难熔金属材料置于真空或氢气气氛中，在温度为1150～1500℃的条件下，保温30min～60min，进行退火处理，制得晶粒超细化、无残余孔隙的难熔金属材料。

其中，步骤2中的激光器采用固体激光器或CO₂激光器。

其中，步骤2的扫描过程中，

需扫描的难熔金属材料为钼及钼合金，控制激光器的输出功率为1KW～3KW，扫描速率为25mm/min～70mm/min，激光束的光斑直径为1.0mm～1.5mm，

需扫描的难熔金属材料为钨及钨合金，控制激光器的输出功率为1.5KW～3KW，扫描速率为25mm/min～70mm/min，激光束的光斑直径为1.0mm～1.5mm。

本发明制备方法采用一定功率和速率的激光对难熔金属材料进行一定深度的扫描照射，使得难熔金属材料的晶粒高度细化、组织均匀、材料内无残余孔隙，获得接近或得到理论密度的成分均匀的难熔金属材料，保证了材料的机械性能、电性能和电子发射性能。对于合金而言，合金元素分布均匀。

附图说明

图1是采用现有方法制得的一种合金的金相显微组织图；

图2是图1所示的合金材料采用本发明方法处理后的金相显微组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

通常采用锻造或轧制等加工方法提高材料的致密度，而这些方法制得的材料的致密度较差，还存在孔隙，并且材料成本急剧升高，材料的利用率较低。例如对于玻璃或耐火纤维熔化用的钼电极，表面存在的孔隙会加剧熔体对电极材料的腐蚀速率，降低电极的使用寿命。对于电子或射线发射材料而言，材料的致密度和组织均匀性是决定材料电子发射率和射线量的关键。

在固定阳极X-射线管中，致密的钨金属作为阳极，在电子轰击下产生射线。钨阳极的传统制备方法是，先用粉末冶金法制备烧结钨棒，钨棒在不低于1500℃温度下保温并反复锻造，以提高其致密度。锻造后的钨棒按照尺寸线切割成薄片，然后双面平磨，方可用于固定管。该工艺流程长、材料利用率偏低。

本发明方法采用现有粉末冶金或等离子喷涂法制得难熔金属材料，然后将该难熔金属块体材料用一定功率和速率的激光束进行一定深度的扫描，使材料快速融化并快速凝固，之后，将激光扫描后的难熔金属材料在真空或氢气气氛中进行退火处理，消除应力，获得超细化晶粒的材料，消除烧结孔隙，提高材料的密度，尤其是提高合金化元素分布的均匀性，从而提高材料各项性能。该方法按以下步骤进行：

步骤1：采用现有粉末冶金或等离子喷涂法制得难熔金属材料；

步骤2：采用激光器对步骤1制得的难熔金属材料进行扫描，使该难熔金属材料在激光扫描区域进行融化，然后快速凝固；