4-4.鎢的熱處理

關於鎢的熱處理

鎢的熔點為3422℃,是金屬的最高熔點。從機加工的角度來看,韌脆轉變溫度較高,而在室溫下則出現低溫脆性。它是一種難以加工的金屬,因為在晶界處的結合強度很弱,很容易從晶界開裂。
“眾所周知,添加錸 (Re) 可以提高鎢在低溫下的延展性,但它是金屬中最昂貴的物質,並不實用。可以通過粉末冶金和熱處理工藝精細劃分晶粒結構來改進替代方案。從礦山中提取並粉碎的鎢通過粉末冶金成型。形成的鎢通過軋製、拉拔等塑性加工進行壓碎和拉伸,使燒結時粉末的尺寸和形狀(等軸晶粒形狀)壓碎和拉伸,產生大量位錯和晶體尺寸顆粒很小,顆粒的形狀也朝著特定的方向生長。結果,通過促進熱晶粒結構的微細化,可以將韌脆轉變溫度降低至接近室溫。塑性加工根據加工時的溫度進行分類。如果溫度接近室溫,則為“冷作”,如果超過熔點的一半,則為“熱作”,如果低於一半,則為“溫作”。在熱加工中,由於加工過程中溫度下降,很難對薄而薄的物體進行均勻加工,因此採用冷加工製造長絲加工。在冷加工中,應變保留在結構中,因此需要進行去應力退火。由於冷加工會產生大量的彈性應變,因此很容易發生再結晶,即使在高溫下也會發生暫時的再結晶,從而促進低溫區的晶間脆化。再結晶導致長絲的蠕變變形並導致下垂。 ”

關於再結晶

“再結晶”是將與加工產生的晶粒完全不同的、不含位錯等缺陷的新晶粒的形成,並長大形成與加工組織完全不同的晶粒結構的過程稱為。
再結晶是一個不同於恢復的過程,在內部產生新的晶粒,新晶粒被不含晶胞壁和位錯等缺陷的大傾角晶界包圍,它們通過食入相鄰晶粒而生長。此時隨著晶粒長大,晶界移動,現有晶粒中的胞壁、位錯等缺陷消失,位錯滑移阻力消失,基體明顯軟化。
據說,這種新晶體的產生位置,起源於現有晶粒結構中彈性應變集中的地方(晶粒內或晶界內)。特別是加工程度高、產生大量彈性應變的冷加工材料更容易產生再結晶核,再結晶從900~1000℃開始。產生的再結晶核越多,生長後的再結晶晶粒越多,再結晶晶粒尺寸趨向於越小。因此,如果通過冷加工使晶粒微細化來提高低溫韌性,則容易發生再結晶,因此即使暫時暴露於高溫,也會發生再結晶,促進低溫區域的晶界脆化。用戸必須要小心。由純鎢絲製成的燈絲線圈在高溫下使用時,由於沿燈絲徑向延伸的晶界處的滑移現象,在自身重量等輕微外力作用下會發生變形(蠕變變形)。變形的燈絲造成局部過熱,容易斷線。

關於摻雜鎢

“作為對策,有一種鉀摻雜方法,其中在粉末冶金過程中添加鉀 (K)、矽 (Si) 和鋁 (Al)。矽和鋁在熱處理過程中蒸發,而鉀在鎢中蒸發產生氣泡.它形成。這個氣泡穩定了微觀結構,使再結晶不太可能。鹵素燈中使用的燈絲就是這種摻雜鎢。
這些特性也會隨著添加劑中鉀的含量而變化。如果添加量多,則再結晶溫度升高,但低溫下的延展性變差,加工變得困難。這樣,質量和數量對於穩定性能和質量很重要。 “然而,由於這種塗料產生的氣泡會在很長一段時間內逐漸聚集,在燈絲內部形成大氣泡。這是限制燈壽命的一個因素,但由於鹵素燈的填充氣體是高壓的,它抑制了這些氣泡(摻雜孔)的生長和擴大。在這方面,高壓填充氣體也被認為有助於延長燈的壽命。此外,由於這些氣泡中的雜質會噴射到燈內填充的氣體中,因此可能會擾亂填充氣體的滷素平衡,從而可能導致發黑(鉀等鹼金屬與鹵素結合牢固,抑制鹵素循環)。這是照明開始後數百小時發生變黑的原因之一。

關於鎢線圈的表面處理

燈絲線圈可以不經表面處理直接使用,但在裝入燈之前要進行清潔,以去除雜質並防止氧化。最後,氫氣用於大氣熱處理。
清潔過程通常通過將鎢線圈在 10% 氫氧化鈉水溶液 (NaOH) 中煮沸約 10 分鐘來進行。如果需要對錶面進行蝕刻,則進行5%的氫氟酸(HF)處理,並用鹼性鐵氰化鉀水溶液腐蝕表面。最後,用純淨水徹底沖洗乾淨。
之後,將支架(稱為錨或支架)連接到線圈燈絲上,並焊接鉬箔或外部引線棒。之後,可以再次用氫氧化鈉(NaOH)水溶液處理表面。
最後,氫氣用於大氣熱處理。有一種使用乾氫和濕氫燃燒氫的方法。