摻雜鈷對摻雜鎢絲抗震性能的影響

武淑珍，王鐵虎，2

（1.江西理工大學(xué) 工程研究院，江西 贛州 341000；2.贛州江鎢新型材料有限公司，江西 贛州 341000）

0 前言

中國是鎢資源大國。鎢具有其他金屬難以比擬的高熔點(diǎn)、高比重、熱膨脹系數(shù)小等特殊性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用在尖端科學(xué)領(lǐng)域、國防工業(yè)和民用工業(yè)中［1］，如切削刀具、焊接電極、噴涂原料、電燈燈絲、電子管陰極等。自從1918年美國人佩斯發(fā)明摻雜鎢絲以來，鎢絲成了照明行業(yè)中不可替代的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于各種燈泡。根據(jù)國外學(xué)者和國內(nèi)應(yīng)用研究的結(jié)果可知［2］，普通摻雜鎢絲制成的燈絲再結(jié)晶后在高溫狀態(tài)下使用性能良好，但在常溫條件下受震動(dòng)容易斷裂［3］。汽車前燈和尾燈、飛機(jī)用燈、火車用燈等場合中大多由于燈絲被震斷而縮短使用壽命。因此，在制備普通摻雜鎢絲的基礎(chǔ)上增加K元素含量或添加微量的其他元素（如Co等）來提高摻雜鎢絲的再結(jié)晶溫度，以改善鎢絲的抗震性能。添加Co元素的抗震鎢絲由于Co元素進(jìn)入鎢基體后能抑制鎢晶粒的長大、能降低氧的滲入，增加了鎢基體與摻雜劑的界面結(jié)合力，提高鎢絲再結(jié)晶后高溫強(qiáng)度和抗震性能，并使鎢絲在常溫下具有較好的延性（普通摻雜鎢絲再結(jié)晶后在常溫下大都呈現(xiàn)明顯的冷脆性傾向）［4］，摻鈷抗震鎢絲的高溫抗下垂性能和抗震性能較只加K元素的抗震鎢絲好，有更廣泛的應(yīng)用前景。

國內(nèi)雖然以前也有學(xué)者開展過在摻雜鎢絲中添加Co的試驗(yàn)，但是摻雜Co后其對鎢絲的性能影響及添加量卻少有報(bào)道。本文就添加Co后摻雜鎢絲性能的變化進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)

1.1 抗震鎢絲制備

在制備抗震鎢絲的過程中，往藍(lán)色氧化鎢中添加不同含量Co的添加劑制備燒結(jié)鎢條，具體添加量如表1所示。燒結(jié)條經(jīng)過旋鍛被加工到?3.4mm，?3.4mm的鎢棒進(jìn)入拉伸階段后隨著直徑的減小，拉伸溫度從1 500℃降低到700℃得到?0.39mm鎢絲。

表1 樣品種類

1.2 評(píng)價(jià)方法

用YG（B）026D-500型強(qiáng)力機(jī)以3×10-3m/s的速度檢測高溫退火后摻雜鎢絲的抗拉強(qiáng)度和延伸率，對摻雜鎢絲的再結(jié)晶性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。對再結(jié)晶后的摻鈷鎢絲金相組織進(jìn)行分析，了解鎢絲再結(jié)晶后顯微組織與添加Co含量的關(guān)系。

把?0.39mm摻雜鎢絲折成V字形，用自制高溫下垂儀［5］在約90％的熔斷電流下（3 150℃左右）保持5min，在試樣的中部測定在電磁作用下試樣的張開率，評(píng)價(jià)不同Co含量對摻雜鎢絲高溫抗蠕變性能的影響。

摻鈷鎢絲再結(jié)晶退火后在室溫（21℃）下進(jìn)行彎折試驗(yàn)，分析添加Co后摻雜鎢絲冷脆性的變化。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 抗震鎢絲再結(jié)晶性能與Co含量的關(guān)系

?0.39mm鎢絲退火后的抗拉強(qiáng)度和延伸率關(guān)系如下圖（圖1、圖2）所示。

圖1 退火溫度對抗拉強(qiáng)度的影響

圖2 退火溫度對延伸率的影響

圖1表明：在1 000～1 200℃鎢絲的抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)下降的趨勢，鎢絲開始發(fā)生一次再結(jié)晶；1 700～2 000℃時(shí)鎢絲的抗拉強(qiáng)度再次急劇下降，說明鎢絲的晶粒急劇長大，二次再結(jié)晶開始發(fā)生。

從圖2中可以知道鎢絲隨著Al2O3和Co的增加，加工硬化增加，抗拉強(qiáng)度增加，發(fā)生一次再結(jié)晶后，添加了0.01％～0.03％Co的鎢絲的延伸率與抗拉強(qiáng)度相反，是隨著再結(jié)晶的進(jìn)行而升高，到1 600℃急劇降低。

2.2 摻鈷鎢絲再結(jié)晶組織

從圖1還可以看出，伴隨著二次再結(jié)晶的開始，鎢絲中晶粒開始粗大，抗拉強(qiáng)度開始急劇降低。鎢絲的抗拉強(qiáng)度從140kg/mm2時(shí)開始急劇降低，發(fā)生二次再結(jié)晶，含不同摻雜劑的鎢絲發(fā)生再結(jié)晶的溫度不同，沒有添加Co的鎢絲再結(jié)晶溫度為1 700～1 800℃，添加了Co的鎢絲再結(jié)晶溫度為1 600～2 000℃，Co含量為0.01％的鎢絲再結(jié)晶溫度最高為2 000℃，隨著Co含量的增加，鎢絲的再結(jié)晶溫度降低。圖3～5分別為添加了Co的鎢絲經(jīng)過3000℃退火后的金相組織。

圖3 樣品C的金相

圖4 樣品D的金相

圖5 樣品E的金相

從表1和金相圖中可以看出Co含量為0.01％的鎢絲有良好的再結(jié)晶纖維組織，沿著鎢絲的軸向上形成了非常長的再結(jié)晶晶粒。但是從圖4、和圖5也可以看出含0.03％～0.06％Co的鎢絲沒有細(xì)長的再結(jié)晶晶粒，晶粒組織散亂沒有獲得良好的摻雜效果。

2.3 摻Co鎢絲的抗蠕變性及彎折性

摻Co鎢絲在90％熔斷電流下（3 150℃左右）抗高溫蠕變結(jié)果如圖6所示。

圖6 退火后Co含量與晶粒長寬比和擴(kuò)張率的關(guān)系

從圖6中可知含Co為0.01％的鎢絲具有大的抗高溫變形力，同時(shí)也有大的晶粒長寬比（L/W）值，但是隨著Co含量的增加，鎢絲的抗高溫變形能力下降，晶粒的長寬比（L/W）值也減小（L表示沿鎢絲軸向晶粒的長度，W表示沿鎢絲的直徑方向晶粒的寬度）。

鎢絲再結(jié)晶后在室溫下的彎折性能如圖7所示。

圖7 退火后Co含量與彎折角度的關(guān)系

從圖7可以看出，經(jīng)過再結(jié)晶后的含Co 0.01％的摻Co鎢絲具有良好的抗彎折性能，這說明摻Co鎢絲發(fā)生再結(jié)晶后具有很小的冷脆性。

3 結(jié)論

（1）往摻雜鎢絲中添加0.01％～0.06％的Co，在鎢絲發(fā)生一次再結(jié)晶時(shí)能夠顯著提高鎢絲的延伸率。?0.39mm的摻Co鎢絲最大延伸率達(dá)到12％～26％，比普通摻雜鎢絲明顯提高。

（2）含0.01％Co的摻雜鎢絲比普通摻雜鎢絲具有高的再結(jié)晶溫度、大的晶粒長寬比和再結(jié)晶后低的冷脆性。

（3）摻雜鎢絲中的再結(jié)晶纖維組織隨著Co的添加量增加發(fā)生變化。Co含量在0.03％～0.06％時(shí)，再結(jié)晶纖維組織變得雜亂無章。

（4）摻雜鎢中添加了適量的Co后能提高鎢絲的高溫抗下垂溫度、改善室溫冷脆性并提高鎢絲的抗震性能。

［1］張啟修，趙秦生.鎢鉬冶金［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［2］楊宇鋒.中國鎢材鎢絲加工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.中國照明電器，2003，18（1）：30-34.

［3］付 潔，李中奎，鄭 欣，等.鎢及鎢合金的研發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.稀有金屬快報(bào)，2005，24（7）：11-15.

［4］馮沛卿，朱憲忠，馬曉蓉，等.耐震鎢絲特性及應(yīng)用［J］.中國鎢業(yè)，2002，12（6）：34-36.