CN108213441A - 一种纯铼管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纯铼管的制备方法,该制备方法包括如下步骤:原料粉末预处理制备、压制成型处理、脱粘结剂处理、预烧结处理、包套处理、热等静压处理、去包套处理、高温烧结处理。该方法可以制备出大尺寸、多种壁厚的纯铼管产品,具有形状规整、致密度高和晶粒细小均匀的优点。
Description
技术领域
本发明属于稀有难熔金属领域,具体涉及一种纯铼管的制备方法,本发明的方法特别适合制备大尺寸纯铼管,尤其适合制备长径比大的纯铼管。
背景技术
金属铼具有高熔点、高密度和良好的室温韧性以及高温性能,在军工、航空航天、半导体、微电子等行业应用广泛。纯铼粉末的压制性能较差,尤其对于大尺寸的纯铼产品的制备,通过常规的粉末冶金工艺方法,容易造成坯料无法成型、烧结开裂等问题,严重影响纯铼制品的生产效率和质量,又由于铼的资源含量非常稀少,成本很高,所以对于大尺寸纯铼管的制备需要根据实际需要进行开发。
专利CN201610687814.6公开了一种高密度纯铼试管的制造方法,该方法首先要对铼粉进行球化处理和时效处理,再进行压制成形、烧结和机加工,制造出纯铼试管;该方法对铼粉的特殊处理工序复杂、操作不易控制,会严重影响铼管产品的成材合格率。
发明内容
本发明目的在于提供一种纯铼管的制备方法,通过在纯铼粉中添加粘结剂,依次经过压型、脱蜡、预烧结、包套、热等静压、去包套、高温烧结,制备出大尺寸、多种壁厚的纯铼管产品,具有形状规整、致密度高和晶粒细小均匀的优点。
为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种纯铼管的制备方法,包括如下步骤:
步骤一,原料粉末预处理制备:在纯铼粉末中添加粘结剂,并混合均匀,得到预处理后原料粉末;
步骤二,压制成型处理:将所述预处理后原料粉末放入模具中,进行压制成型处理,得到管状压坯;
步骤三,脱粘结剂处理:将所述管状压坯进行脱粘结剂处理;
步骤四,预烧结处理:将步骤三所得管状坯料在还原性气氛或真空环境下进行预烧结处理,得到预烧结管坯;
步骤五,包套处理:将所述预烧结管坯进行包套处理,并抽真空;
步骤六,热等静压处理:将包套后坯料进行热等静压处理;
步骤七,去包套处理:将步骤六处理后的管坯外部的包套材料去除;
步骤八,高温烧结处理:在真空条件下对步骤七处理后的管坯进行高温烧结处理,得到所述纯铼管制品。
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,所述制备方法还包括机加工步骤,对所述纯铼管制品进行机械加工,得到纯铼管成品。
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤一中,所述纯铼粉的粒度为-200~-325目(比如-230目、-250目、-230目、-270目、-300目),所述粘结剂为石蜡,所述石蜡的添加量为所述纯铼粉质量的2%~5%(比如2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%);
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤二中,所述压制成型处理采用冷等静压,优选地,所述冷等静压的压制压力为100~250MPa(比如110MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa、155MPa、165MPa、180MPa、200MPa、220MPa、240MPa、245MPa),保压时间为0~50s(比如2s、5s、10s、15s、20s、30s、40s、45s);
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤二中,所述压坯的相对密度为55~75%(比如56%、58%、60%、65%、68%、70%、72%、74%)。
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤三中,所述脱粘结剂处理的温度为800℃~1000℃(比如805℃、815℃、850℃、880℃、900℃、920℃、950℃、980℃、990℃),保温时间为2h~6h(比如2.2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、5.8h);
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤四中,所述预烧结处理的温度为1000℃~1350℃(比如1020℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1335℃),保温时间为1h~5h(比如1.5h、2h、3h、4h、4.5h),更优选地,所述还原性气氛为氢气气氛,或,所述真空环境下的真空度为10-1Pa-10-4Pa;预烧结处理可以固化坯料的强度,保证坯料外形的完整性,方便于后续坯料的进一步处理。
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤五中,所述包套处理所使用的包套材料为钛板和钼棒,以保证最终得到的铼管的纯度。
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤六中,所述热等静压处理的温度为1350℃~1700℃(比如1360℃、1380℃、1400℃、1450℃、1500℃、1520℃、1540℃、1600℃、1650℃、1690℃),压力为120~180Mpa(比如125MPa、130MPa、140MPa、150MPa、160MPa、170MPa、175MPa),保压保温时间为1~4h(比如1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h);
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤六中,所述热等静压处理后的管坯的致密度为85%~92%(比如86%、88%、90%、91%)。
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤七中,还包括使用机加工去除所述热等静压处理后的管坯表面层,所述表面层的厚度为0.1-0.5mm(比如0.12mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.45mm)。
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤八中,所述高温烧结处理的烧结温度为2150℃~2400℃(比如2160℃、2180℃、2200℃、2250℃、2350℃、2380℃、2390℃),保温时间为2~6h(比如2.2h、2.5h、3h、4h、5h、5.5h);
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,步骤八中,所述纯铼管制品的致密度为97%及以上(比如97.5%、98%、98.5%、99%)。
上述制备方法中,作为一种优选实施方式,所述纯铼管制品或纯铼管成品的规格为:长度250~700mm(比如260mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、650mm、690mm)、壁厚0.5~4mm(0.6mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、3.9mm)。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果为:
本发明提供的制备方法中,通过对铼粉添加适量的石蜡进行预处理,方便了大尺寸铼坯的压制成型;通过预烧结,强化了坯料的强度,保证了坯料在后续制备过程中的完整性;运用热等静压,有效的提高了致密度和均匀性,并克服了大尺寸纯铼管坯在烧结过程中的断裂、开裂等难题;最后通过真空高温烧结进一步提高大尺寸纯铼管的纯度和致密度,达到97%及以上的相对密度。本发明的制备方法得到的大尺寸纯铼管具有尺寸大、壁厚可调、致密度高、形状规则和晶粒细小均匀的优点,比如本发明方法可以制备长度250~700mm、壁厚0.5~4mm的铼管材;另外,本发明方法技术思路新颖,工艺操作相对简便。
附图说明
图1为利用本发明提供的制备方法制备的管材的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的纯铼管的制备方法进行说明。应理解,这些实施例仅用于解释本发明而不用于限制本发明的范围。对外应理解,在阅读了本发明的内容之后,本领域技术人员对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下实施例中所用铼粉原料为市售纯度为99.99%的高纯铼粉,所用到的其他原料都可以从市场上购得。
实施例1
1)铼粉预处理:称取5Kg纯铼粉末,按质量百分比添加3.5%的石蜡(即石蜡的添加量为铼粉质量的3.5%)作为粘结剂,并混合均匀,所述铼粉的粒度为-300目;
2)压型:将掺蜡粉末放入模具中,进行冷等静压压制成型,压制压力150MPa,保压时间为40s,得到相对密度为66%的管状压坯;
3)脱蜡:使用脱蜡炉对管状压坯进行脱蜡处理,脱蜡温度950℃,保温时间4h;
4)预烧结:将步骤3)得到的坯料在真空条件进行预烧结处理,预烧结温度1300℃,保温时间3h,真空度为10-2Pa,得到预烧结管坯;
5)包套:使用钛板和钼棒作为包套材料将预烧结管坯包套并抽真空,其中钛板用于包覆管坯外表面,钼棒插入管坯的中空腔体内;
6)热等静压:将包套后坯料进行高温高压的热等静压处理,热等静压温度1550℃,热等静压压力150MPa,保温保压时间3h;得到致密度为90%的纯铼管坯;
7)去包套:使用机加工去除铼管外包套材料和铼管中间的钼棒,并去除铼管表面厚度为0.2mm的金属层,以保证铼制品的高纯度;
8)高温烧结:将步骤7)得到的纯铼管在真空条件下进行高温烧结处理,真空度为10-3Pa,烧结温度2300℃,保温时间5h,所得纯铼管制品的致密度为98.5%,纯度达到99.99%;铼管制品尺寸为:外径30mm,内径16mm,长度450mm。
生产实践证明,该实施例工艺制备出的铼管不容易出现裂纹。
图1是本实施例制备的铼管制品的的金相组织照片,从图1中可以看出,管材的晶粒细小、均匀,平均晶粒尺寸为30μm。
实施例2
1)铼粉预处理:称取5Kg纯铼粉末,按质量百分比添加2.5%的石蜡(即石蜡的添加量为铼粉质量的2.5%)作为粘结剂,并混合均匀,所述铼粉的粒度为-200目;
2)压型:将掺蜡粉末放入模具中,进行冷等静压压制成型,压制压力250MPa,保压时间为10s,得到相对密度为70%的管状压坯;
3)脱蜡:使用脱蜡炉对管状压坯进行脱蜡处理,脱蜡温度800℃,保温时间6h;
4)预烧结:将步骤3)得到的坯料在真空条件进行预烧结处理,真空度为10-2Pa,预烧结温度1000℃,保温时间5h,真空度为10-2Pa,得到预烧结管坯;
5)包套:使用钛板和钼棒作为包套材料将预烧结管坯包套并抽真空,其中钛板用于包覆管坯外表面,钼棒插入管坯的中空腔体内;
6)热等静压:将包套后坯料进行高温高压的热等静压处理,热等静压温度1350℃,热等静压压力180MPa,保温保压时间1.5h;得到致密度为86%的纯铼管坯;
7)去包套:使用机加工去除铼管外包套材料和铼管中间的钼棒,并去除铼管表面厚度为0.4mm的金属层,以保证铼制品的高纯度;
8)高温烧结:将步骤7)得到的纯铼管在真空条件下进行高温烧结处理,烧结温度2150℃,保温时间6h,所得纯铼管制品的致密度为97.5%,纯度达到99.99%;铼管制品尺寸为:外径25mm,内径21mm,长度550mmmm,管材的晶粒细小、均匀,平均晶粒尺寸为25μm。
生产实践证明,该实施例工艺制备出的铼管不容易出现裂纹。
实施例3
1)铼粉预处理:称取5Kg纯铼粉末,按质量百分比添加5%的石蜡(即石蜡的添加量为铼粉质量的5%)作为粘结剂,并混合均匀,所述铼粉的粒度为-325目;
2)压型:将掺蜡粉末放入模具中,进行冷等静压压制成型,压制压力100MPa,保压时间为50s,得到相对密度为58%的管状压坯;
3)脱蜡:使用脱蜡炉对管状压坯进行脱蜡处理,脱蜡温度1000℃,保温时间2.5h;
4)预烧结:将步骤3)得到的坯料在真空条件进行预烧结处理,真空度为10-4Pa,预烧结温度1200℃,保温时间2h,得到预烧结管坯;
5)包套:使用钛板和钼棒作为包套材料将预烧结坯包套并抽真空,其中钛板用于包覆管坯外表面,钼棒插入管坯的中空腔体内;
6)热等静压:将包套后坯料进行高温高压的热等静压处理,热等静压温度1450℃,热等静压压力125MPa,保压时间2.5h;得到致密度为88%的纯铼管坯;
7)去包套:使用机加工去除铼管外包套材料和铼管中间的钼棒,并去除铼管表面厚度为0.2mm的金属层,以保证铼制品的高纯度;
8)高温烧结:将步骤7)得到的纯铼管在真空条件下进行高温烧结处理,烧结温度2400℃,保温时间3h,所得纯铼管制品的致密度为97%,纯度达到99.99%;铼管制品尺寸为:外径20mm,内径18mm,长度650mm,管材的晶粒细小、均匀,平均晶粒尺寸为40μm。
生产实践证明,该实施例工艺制备出的铼管不容易出现裂纹。
对比例1
1)铼粉预处理:称取5Kg纯铼粉末,按质量百分比添加3.5%的石蜡(即石蜡的添加量为铼粉质量的3.5%)作为粘结剂,并混合均匀,所述铼粉的粒度为-300目;
2)压型:将掺蜡粉末放入模具中,进行冷等静压压制成型,压制压力150MPa,保压时间为40s,得到相对密度为66%的管状压坯,管状压坯尺寸:外径30mm,内径16mm,长度450mm;
3)脱蜡:使用脱蜡炉对管状压坯进行脱蜡处理,脱蜡温度950℃,保温时间4h;
4)高温烧结:将步骤3)得到的铼管坯在真空条件下进行高温烧结处理,真空度为10-3Pa,烧结温度2300℃,保温时间5h。
在高温烧结过程中,大多数管坯发生开裂,成品率极低。
实施例4-7
除热等静压处理步骤的参数不同于实施例1以外,其他操作步骤和参数同实施例1。实施例4-7的热等静压处理参数如下表1,制得的铼管制品尺寸同实施例1,铼管制品的致密度参见表1。
表1实施例4-7热等静压处理参数以及铼管制品致密度
生产实践证明,实施例4和6工艺制备出的铼管不容易出现裂纹,产品合格率极高,实施例5和7的工艺制备出的铼管易出现裂纹,产品合格率偏低。
对比例2
1)铼粉预处理:称取5Kg纯铼粉末,按质量百分比添加3.5%的石蜡(即石蜡的添加量为铼粉质量的3.5%)作为粘结剂,并混合均匀,所述铼粉的粒度为-300目;
2)压型:将掺蜡粉末放入模具中,进行冷等静压压制成型,压制压力150MPa,保压时间为40s,得到相对密度为66%的管状压坯;
3)脱蜡:使用脱蜡炉对管状压坯进行脱蜡处理,脱蜡温度950℃,保温时间4h;
4)包套:使用钛板和钼棒作为包套材料将脱蜡后的管坯包套并抽真空,其中钛板用于包覆管坯外表面,钼棒插入管坯的中空腔体内;
5)热等静压:将包套后坯料进行高温高压的热等静压处理,热等静压温度1550℃,热等静压压力150MPa,保温保压时间3h;
6)去包套:使用机加工去除铼管外包套材料和铼管中间的钼棒,并去除铼管表面厚度为0.3mm的金属层,以保证铼制品的高纯度;
7)高温烧结:将步骤6)得到的纯铼管在真空条件下进行高温烧结处理,真空度为10-3Pa,烧结温度2300℃,保温时间5h,所得纯铼管制品的致密度为93%;铼管制品尺寸为:外径30mm,内径16mm,长度450mm。
本实施例得到管材的平均晶粒尺寸为60μm。
生产实践证明,该对比例在省略了预处理步骤后,制备出的铼管极易出现开裂,产品合格率非常低。
Claims (10)
1.一种纯铼管的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一,原料粉末预处理制备:在纯铼粉末中添加粘结剂,并混合均匀,得到预处理后原料粉末;
步骤二,压制成型处理:将所述预处理后原料粉末放入模具中,进行压制成型处理,得到管状压坯;
步骤三,脱粘结剂处理:将所述管状压坯进行脱粘结剂处理;
步骤四,预烧结处理:将步骤三所得管状坯料在还原性气氛或真空环境下进行预烧结处理,得到预烧结管坯;
步骤五,包套处理:将所述预烧结管坯进行包套处理,并抽真空;
步骤六,热等静压处理:将包套后坯料进行热等静压处理;
步骤七,去包套处理:将步骤六处理后的管坯外部的包套材料去除;
步骤八,高温烧结处理:在真空条件下对步骤七处理后的管坯进行高温烧结处理,得到所述纯铼管制品。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括机加工步骤,对所述纯铼管制品进行机械加工,得到纯铼管成品;
优选地,步骤一中,所述纯铼粉的粒度为-200~-325目,所述粘结剂为石蜡,所述石蜡的添加量为所述纯铼粉质量的2%~5%。
3.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述压制成型处理采用冷等静压,优选地,所述冷等静压的压制压力为100~250MPa,保压时间为0~50s;更优选地,所述压坯的相对密度为55~75%。
4.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述脱粘结剂处理的温度为800℃~1000℃,保温时间为2h~6h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤四中,所述预烧结处理的温度为1000℃~1350℃,保温时间为1h~5h,优选地,所述还原性气氛为氢气气氛,或所述真空环境下的真空度为10-1Pa-10-4Pa。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤五中,所述包套处理所使用的包套材料为钛板和钼棒。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤六中,所述热等静压处理的温度为1350℃~1700℃,压力为120~180Mpa,保压保温时间为1~4h;优选地,步骤六中,所述热等静压处理后的管坯的致密度为85%~92%。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤七中,还包括使用机加工去除所述热等静压处理后的管坯表面层,所述表面层的厚度为0.1-0.5mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤八中,所述高温烧结处理的烧结温度为2150℃~2400℃,保温时间为2~6h;优选地,所述纯铼管制品的致密度为97%及以上。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法,其特征在于,所述纯铼管制品或纯铼管成品的规格为:长度250~700mm、壁厚0.5~4mm。
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