壓力加工過(guò)程對(duì)復(fù)印機(jī)鹵素?zé)粲面u絲二次再結(jié)晶性能的影響

胡旭

摘要：本文對(duì)壓力加工對(duì)復(fù)印機(jī)鹵素?zé)舳卧俳Y(jié)晶性能的影響進(jìn)行了研究探討，并通過(guò)研究找出了能夠改善再結(jié)晶組織搭接的方法，最終能夠把再結(jié)晶之后的橫截面晶粒數(shù)控制在需要的范圍內(nèi)，通過(guò)這種方法來(lái)提高鹵素?zé)舻氖褂脡勖?/p>

關(guān)鍵詞：壓力加工；再結(jié)晶性能；鹵素?zé)?/p>

1.前言

在復(fù)印機(jī)上使用的鹵素?zé)魰r(shí)當(dāng)前所有鹵素?zé)粝盗挟a(chǎn)品當(dāng)中較為高端的產(chǎn)品，復(fù)印機(jī)鹵素?zé)舫３Ｓ迷诟叨说钠桨鍜呙鑳x上，比如膠片掃描儀，其亮度非常高，預(yù)熱需要的時(shí)間也比較短，而且對(duì)鹵素?zé)暨M(jìn)行維護(hù)以及更換也都相對(duì)容易。鎢絲燈在使用時(shí)的溫度可以達(dá)到2800攝氏度。在使用鎢絲燈的過(guò)程中會(huì)一直讓鎢絲燈處于一種從閃到滅的互相交替的工作狀態(tài)，因此對(duì)鎢絲有著非常高的性能要求。國(guó)產(chǎn)的鎢絲和進(jìn)口鎢絲相比，國(guó)產(chǎn)的鎢絲在點(diǎn)燈之后較為容易下垂，使用壽命不足等缺點(diǎn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的高檔位鹵素?zé)舻氖袌?chǎng)已經(jīng)屬于了國(guó)外公司的專屬。為了能夠提高我國(guó)鎢絲產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)鎢絲在市場(chǎng)中的份額，必須要對(duì)我國(guó)鎢絲會(huì)出現(xiàn)高溫性能變差的原因進(jìn)行分析，通過(guò)這樣的方法來(lái)讓我國(guó)生產(chǎn)的鎢絲可以擁有更多的市場(chǎng)份額。在全世界的鎢絲產(chǎn)品之中沒(méi)有任何一種鎢絲可以適用于任意一種的燈泡，這就要對(duì)鎢絲的生產(chǎn)工藝以及加工參數(shù)進(jìn)行更改，通過(guò)對(duì)這些因素進(jìn)行改變從而讓我過(guò)生產(chǎn)的鎢絲在各方各面上使用。讓我國(guó)公司生產(chǎn)出來(lái)的鎢絲燈能夠滿足制作鹵素?zé)舻男枨?。本文從加工工藝方面進(jìn)行探討，用來(lái)找出符合要求的生產(chǎn)工藝。

2.實(shí)驗(yàn)用材料和實(shí)驗(yàn)用過(guò)程

使用在復(fù)印機(jī)的鹵素?zé)糁械臒艚z有著非常多數(shù)量的規(guī)格，本文主要研究的是直徑為0.163mm規(guī)格的鎢絲，通過(guò)對(duì)這種規(guī)格的鎢絲進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)并作兩組來(lái)進(jìn)行對(duì)比，從而分析處需要的參數(shù)。第一組實(shí)驗(yàn)的原料主要為K含量40ppm，不均勻分布的鎢棒，鎢棒要在旋鍛之后達(dá)到直徑9.0mm之后進(jìn)行高溫狀態(tài)下的退火，并將退火狀態(tài)的溫度設(shè)定在2100℃，在這之后再一次進(jìn)行旋鍛，直徑5mm時(shí)再次進(jìn)行高溫退火，退火溫度設(shè)定為2250℃。其他的部分則需要根據(jù)常規(guī)加工工藝將鎢絲加工到直徑0.4mm，并在進(jìn)行熱處理回復(fù)退火之后讓鎢絲的直徑達(dá)到0.35mm，再經(jīng)過(guò)6模序拉伸，最后對(duì)鎢絲進(jìn)行電解工序和拋光工序，完成之后進(jìn)行清洗，讓鎢絲的直徑達(dá)到0.164mm。

第二組實(shí)驗(yàn)的因素選擇為控制好的K含量80ppm分布均勻的鎢棒，鎢棒在經(jīng)過(guò)旋鍛之后要將直徑保持在9.0mm，然后在2100℃下進(jìn)行高溫退火，之后繼續(xù)旋鍛，達(dá)到直徑5.0mm，繼續(xù)退火，退火溫度設(shè)定為2250℃。其他加工條件均按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在完成之后進(jìn)行電解和拋光，清洗之后讓其周長(zhǎng)能夠達(dá)到0.164mm。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

將這兩個(gè)樣品燒成燈絲之后進(jìn)行檢測(cè)，最后發(fā)現(xiàn)第一組鎢絲在熔斷處發(fā)生了收縮變成了球形，出現(xiàn)了這樣的情況說(shuō)明了此處的溫度已經(jīng)超過(guò)了鎢的熔點(diǎn)，斷面上看到的巨大空洞說(shuō)明在進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候有雜質(zhì)從鎢絲中排出。除了揮發(fā)的雜質(zhì)，還可以看到較為明顯的高溫滑移線，此時(shí)高溫滑移線的分布比較亂，但其余部分晶粒表面較為光滑，沒(méi)有出現(xiàn)滑移的現(xiàn)象。在能夠發(fā)現(xiàn)在光滑晶界處發(fā)現(xiàn)了因滑移而形成的裂痕，這上面形成了孔洞，導(dǎo)致交界處燈絲橫截面積減小，增加了電阻率并導(dǎo)致了熱池的形成，在高溫以及燈絲自重的共同作用下，導(dǎo)致非常明顯的晶界滑移，最后鎢絲發(fā)生了斷裂。

根據(jù)國(guó)外學(xué)者Brian的看法，在鎢絲材料中加入一定量的鉀，那么它在增長(zhǎng)到一定的尺寸之后就不會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。如果空泡當(dāng)中有大量的鉀，那么鉀元素會(huì)因?yàn)閴毫ψ饔米屸浥菖蛎浀奖扰R界半徑更大，甚至?xí)l(fā)生蠕變繼續(xù)變大，并在高溫條件下形成孔洞，最后溢出了材料的表面。所以燈絲在進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候出現(xiàn)了空洞，出現(xiàn)這樣的情況的主要原因應(yīng)該是材料中的K和雜質(zhì)分布不均勻。出現(xiàn)這樣的情況主要有兩種原因：產(chǎn)品在進(jìn)行拉制之前的分布就不均勻以及在進(jìn)行點(diǎn)燈和通電的過(guò)程當(dāng)中經(jīng)過(guò)了再結(jié)晶組織的轉(zhuǎn)變，晶界的拖拽和高溫?cái)U(kuò)散集中在某個(gè)地點(diǎn)，之后通過(guò)孔洞形式再揮發(fā)出去。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)分布不均勻的滑移線以及滑移出現(xiàn)的裂紋都說(shuō)明了材料的再結(jié)晶之后的組織不均勻。由此可見(jiàn)，若想要能夠獲得性能較為良好的燈絲，必須要能夠保證成分和其他組織的分布都比較均勻，而且在點(diǎn)燈的過(guò)程當(dāng)中無(wú)法形成熱池。所以材料的再結(jié)晶之后的組織是單晶和平頭搭接的外貌，在性能測(cè)試時(shí)過(guò)早地出現(xiàn)了斷裂，無(wú)法滿足質(zhì)量的需求。

第二組樣品在進(jìn)行正常的性能測(cè)試時(shí)發(fā)生的斷絲的情況，斷口相對(duì)較為平整，斷口也找不到熔球，也沒(méi)發(fā)現(xiàn)孔洞等缺陷的存在，而是相對(duì)正常的蠕變斷裂接口。材料表面的滑移線分布也較為均勻。晶界滑移時(shí)出現(xiàn)的空穴以及裂紋的位置也相對(duì)較為分散。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，第一組的樣品在加工狀態(tài)時(shí)的電阻率要比第二組的樣品電阻率高出了7%左右，但是兩組樣品在結(jié)晶態(tài)的電阻率基本是相同的，材料的電阻率也可以作為材料內(nèi)部缺陷多少的表現(xiàn)，材料的電阻率受到點(diǎn)線面三個(gè)方面的缺陷數(shù)量的影響。在加工狀態(tài)時(shí)，電阻率也可表現(xiàn)材料的加工硬化程度，這也說(shuō)明了第一組樣品在進(jìn)行加工的時(shí)候已經(jīng)達(dá)到極限或者超越了極限，第一組樣品在內(nèi)部積累了相當(dāng)高的畸變能量，如果繼續(xù)加工，將會(huì)出現(xiàn)斷絲的情況。二次再結(jié)晶之后的強(qiáng)度要比第一組樣品低15%左右。這就說(shuō)明了第一組樣品的組織結(jié)構(gòu)確實(shí)比第二組樣品更差，在二次結(jié)晶之后，點(diǎn)線的缺陷數(shù)量大大的降低了，影響到電阻率的主要原因應(yīng)該是面缺陷的數(shù)量，說(shuō)明了第二組樣品的結(jié)晶態(tài)組織要比第一組樣品的結(jié)晶態(tài)組織更好。

根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)材料良好的高溫抗蠕變性能是防止出現(xiàn)晶粒不良搭接的最佳方法。材料進(jìn)行摻雜的主要原因是為了能夠充分發(fā)揮K泡的強(qiáng)化作用，讓K泡能夠在一定程度上對(duì)晶界的橫向增長(zhǎng)進(jìn)行妨礙，這樣就可以形成一定長(zhǎng)寬比的燕尾狀態(tài)搭接組織。在形成了燕尾搭接組織之后就可以讓晶界的滑移方式不能夠再用平面滑動(dòng)進(jìn)行，如果發(fā)生了沿晶斷裂，就必須要在搭接的晶粒間進(jìn)行平滑的滑動(dòng)，或者以這個(gè)軸為圓心進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，這就代表著發(fā)生晶界變形的阻力增加了，這就相當(dāng)于提高了晶界的強(qiáng)度。當(dāng)這個(gè)強(qiáng)度和晶粒強(qiáng)度相等時(shí)，變形就可能分散在晶粒之內(nèi)，而并不僅僅出現(xiàn)在晶界處，這種情況下材料的抗蠕變性能就獲得了極大程度的強(qiáng)化。于是再結(jié)晶組織不會(huì)是單晶或者是簡(jiǎn)單的搭接，而需要用多個(gè)結(jié)構(gòu)良好由多個(gè)晶粒搭接形成的燕尾搭接。但是，晶粒數(shù)應(yīng)該以怎樣的數(shù)量最為合適呢。隨著晶粒數(shù)量的增加，必定會(huì)導(dǎo)致晶粒的長(zhǎng)寬比降低。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的研究，因高溫蠕變而出現(xiàn)的空穴數(shù)量會(huì)隨著晶界以及軸向角度的增大而增加。也就是說(shuō)，晶界越多，抗蠕變性能也就越差，除此之外，根據(jù)K泡的自發(fā)擴(kuò)散途徑方法的情況來(lái)看，橫向境界的數(shù)量越多，那么從晶內(nèi)擴(kuò)散到晶界，再?gòu)木Ы鐢U(kuò)散到表面的距離也就越短，K泡發(fā)生偏聚以及遺失的概率也就越大，這會(huì)降低抗蠕變性能。所以，在保證了晶粒有著良好搭接的同時(shí)，還要保證晶粒的數(shù)量必要太多，這就對(duì)晶粒的長(zhǎng)寬比提出了更高的要求，第二組樣品在再結(jié)晶之后的外觀就很好的表現(xiàn)了這樣的平衡。國(guó)外的燈泡制作工廠特別關(guān)注直徑0.02mm鎢絲的特性，通常認(rèn)為再結(jié)晶之后20mm長(zhǎng)度之上的晶粒數(shù)量控制在兩個(gè)到九個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)的，最佳狀態(tài)是三到六個(gè)，在這個(gè)基礎(chǔ)之上把晶粒的數(shù)量控制在需求范圍之內(nèi)，在保證了良好的搭接的同時(shí)還不會(huì)因?yàn)榫Я?shù)量過(guò)多而導(dǎo)致抗蠕變性能的顯著下降。

總結(jié)

提高用在復(fù)印機(jī)上的鹵素?zé)翩u絲的抗蠕變性能的最佳方法就是在加工上動(dòng)手，也就是改善再結(jié)晶組織的晶粒搭接結(jié)構(gòu)，并控制再結(jié)晶之后的橫截面晶粒數(shù)，最后在材料中形成結(jié)構(gòu)合理的燕尾狀搭接。只要進(jìn)行這樣的加工，就能夠很好的保證燈絲的使用壽命的需求。

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