权利要求
1.一种高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将钨粉、氧化镧、研磨球加入球磨罐中进行球磨得到混合粉;
S2、将混合粉装入模具进行等静压成型得到钨生坯;
S3、将钨生坯放入微波炉进行烧结得到钨坯;
S4、将钨坯加热后进行轧制，得到钨棒1;
S5、将钨棒1进行退火，得到钨棒2;
S6、将钨棒2进行锻打，得到钨杆1;
S7、将钨杆1进行退火，得到钨杆2;
S8、将钨杆2进行拉拔，得到高强度钨合金丝。
2.根据权利要求1所述的高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，混合粉中氧化镧的质量分数为0.65~0.75wt%;研磨球为玛瑙球磨珠，混合粉与研磨球的质量比为(8~10)：1，研磨球的直径为3.5~4.0mm，球磨转速为240~250rpm，球磨时间为3~3.5h。
3.根据权利要求1所述的高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，等静压压力为120~130MPa。
4.根据权利要求1所述的高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，将钨生坯放入微波炉的圆筒中，并在H2体积占比为5vol%的H2+N2氛围中进行烧结，制备得到直径为18.5±0.3mm的钨坯，其中圆筒以5rpm的速度旋转，烧结温度为1600~1850℃，烧结时间为20~25min。
5.根据权利要求1所述的高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，将钨坯加热至1700~1800℃进行轧制，得到直径为9±0.5mm的钨棒1。
6.根据权利要求1所述的高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，将钨棒1进行退火，降低钨棒的内应力，其中退火温度为2100~2300℃，退火时钨棒1沿其轴向运动，退火速度为0.25~0.35m/min，得到钨棒2。
7.根据权利要求1所述的高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，将钨棒2进行旋锻，得到钨杆1，其对数应变为0.95~1.30。
8.根据权利要求1所述的高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中，退火温度为2400~2500℃，退火时钨杆1沿其轴向运动，退火速度为0.35~0.50m/min。
9.根据权利要求1所述的高强度钨合金丝的制备方法，其特征在于，钨杆2的钨晶粒组织结构均匀，钨晶粒的粒径平均为35~40μm，钨杆2的硬度HV30为385~410。
10.一种高强度钨合金丝，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的高强度钨合金丝的制备方法制备得到，所述高强度钨合金丝的丝径小于30μm，抗拉强度≥6200MPa，且合格率≥80%。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于粉末冶金技术领域，具体为一种高强度钨合金丝及其制备方法。
背景技术
[0002]低强度钨丝极易在拉拔过程中发生断丝，影响拉拔的连续生产，降低产品的合格率。目前掺杂氧化镧是提高钨丝强度的有效措施，但是氧化镧在钨基体中难以均匀分散且容易发生氧化镧粗化，导致钨丝拉拔过程中断丝频繁。掺杂和烧结工艺是影响氧化镧均匀性的关键因素。
[0003]此外，随着硅片薄片化进程的推进，钨丝的细线化趋势愈发明显。然而，在使用传统工艺制备钨丝时，断丝率随着丝径的减小大幅度提高，尤其在丝径小于30μm后，丝材合格率显著降低。研究发现钨丝的极限丝径受其塑性的制约，而钨丝的塑性主要受钨晶粒尺寸的影响。退火工艺是调控钨晶粒尺寸的重要手段，通过退火可有效增大钨晶粒尺寸，从而提高钨丝的塑性。但传统退火工艺存在再结晶温度较高且钨晶粒尺寸不均匀的问题。因此，生产高强度超细钨合金丝仍是一项巨大的挑战。
发明内容
[0004]为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种高强度钨合金丝及其制备方法。
[0005]根据本发明的第一方面，本发明提供了如下技术方案：
一种高强度钨合金丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将钨粉、氧化镧、研磨球加入球磨罐中进行球磨得到混合粉;
S2、将混合粉装入模具进行等静压成型得到钨生坯;
S3、将钨生坯放入微波炉进行烧结得到钨坯;
S4、将钨坯加热后进行轧制，得到钨棒1;
S5、将钨棒1进行退火，得到钨棒2;
S6、将钨棒2进行锻打，得到钨杆1;
S7、将钨杆1进行退火，得到钨杆2;
S8、将钨杆2进行拉拔，得到高强度钨合金丝。
[0006]根据本发明的第二方面，本发明提供了如下技术方案：
一种高强度钨合金丝，采用上述的高强度钨合金丝的制备方法制备得到，所述高强度钨合金丝的丝径小于30μm，抗拉强度≥6200MPa，且合格率≥80%。
[0007]本发明的有益效果如下：
本发明提出一种高强度钨合金丝及其制备方法，通过球磨混料协同微波烧结方法，使得氧化镧掺杂均匀，通过协调旋锤的对数应变、退火工艺等，降低了钨晶粒的再结晶温度，并使钨晶粒均匀长大，从而提高了钨丝的塑性，制备得到高强度钨合金丝，所述高强度钨合金丝的丝径小于30μm，抗拉强度≥6200MPa，且合格率≥80%。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0009]图1为本发明实施例1制备的钨杆2的金相图;
图2为本发明对比例2制备的钨杆2的金相图;
图3为本发明对比例5制备的钨杆2的金相图;
图4为本发明对比例6制备的钨杆2的金相图。
[0010]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0011]下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0012]根据本发明的第一方面，本发明提供了如下技术方案：
一种高强度钨合金丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将钨粉、氧化镧、研磨球加入球磨罐中进行球磨得到混合粉;
S2、将混合粉装入模具进行等静压成型得到钨生坯;
S3、将钨生坯放入微波炉进行烧结得到钨坯;
S4、将钨坯加热后进行轧制，得到钨棒1;
S5、将钨棒1进行退火，得到钨棒2;
S6、将钨棒2进行锻打，得到钨杆1;
S7、将钨杆1进行退火，得到钨杆2;
S8、将钨杆2进行拉拔，得到高强度钨合金丝。
[0013]本发明通过协同球磨混料和微波烧结工艺，有效减少了氧化镧的团聚现象，减小了拉拔过程中的断丝率，提高了钨丝的抗拉强度和合格率。通过协同调控旋锤的对数应变、退火时间和退火温度，降低了钨晶粒的再结晶温度，并使钨晶粒均匀长大，从而提高了钨丝的塑性。
[0014]优选的，所述步骤S1中，混合粉中氧化镧的质量分数为0.65~0.75wt%;研磨球为玛瑙球磨珠，混合粉与研磨球的质量比为(8~10)：1，研磨球的直径为3.5~4.0mm，球磨转速为240~250rpm，球磨时间为3~3.5h。具体的，混合粉中氧化镧的质量分数可以为例如0.65wt%、0.66wt%、0.67wt%、0.68wt%、0.69wt%、0.70wt%、0.71wt%、0.72wt%、0.73wt%、0.74wt%、0.75wt%中的任意一者或任意两者之间的范围;混合粉与研磨球的质量比可以为例如8：1、8.5：1、9：1、9.5：1、10：1中的任意一者或任意两者之间的范围;球磨转速可以为例如240rpm、241rpm、242rpm、243rpm、244rpm、245rpm、246rpm、247rpm、248rpm、249rpm、250rpm中的任意一者或任意两者之间的范围;球磨时间可以为例如3h、3.25h、3.5h中的任意一者或任意两者之间的范围。
[0015]优选的，所述步骤S2中，等静压压力为120~130MPa。具体的，等静压压力可以为例如120MPa、121MPa、122MPa、123MPa、124MPa、125MPa、126MPa、127MPa、128MPa、129MPa、130MPa中的任意一者或任意两者之间的范围。
[0016]优选的，所述步骤S3中，将钨生坯放入微波炉的圆筒中，并在H2体积占比为5vol%的H2+N2氛围中进行烧结，制备得到直径为18.5±0.3mm的钨坯，其中圆筒以5rpm的速度旋转(确保钨生坯受热均匀)，烧结温度为1600~1850℃，烧结时间为20~25min。具体的，烧结温度可以为例如1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃、1850℃中的任意一者或任意两者之间的范围，烧结时间可以为例如20min、21min、22min、23min、24min、25min中的任意一者或任意两者之间的范围。
[0017]优选的，所述步骤S4中，将钨坯加热至1700~1800℃进行轧制，得到直径为9±0.5mm的钨棒1。具体的，钨坯加热温度可以为例如1700℃、1710℃、1720℃、1730℃、1740℃、1750℃、1760℃、1770℃、1780℃、1790℃、1800℃中的任意一者或任意两者之间的范围。
[0018]优选的，所述步骤S5中，将钨棒1进行退火，降低钨棒的内应力，其中退火温度为2100~2300℃，退火时钨棒1沿其轴向运动，退火速度为0.25~0.35m/min，得到钨棒2。具体的，退火温度可以为例如2100℃、2150℃、2200℃、2250℃、2300℃中的任意一者或任意两者之间的范围，退火速度可以为例如0.25m/min、0.26m/min、0.27m/min、0.28m/min、0.29m/min、0.30m/min、0.31m/min、0.32m/min、0.33m/min、0.34m/min、0.35m/min中的任意一者或任意两者之间的范围。
[0019]优选的，所述步骤S6中，将钨棒2进行旋锻，得到钨杆1，其对数应变为0.95~1.30(不同对数应变的钨杆1的退火再结晶温度不同)。对数应变ε=ln(S0/Sn)，S0为钨棒2的横截面积，Sn为钨棒2旋锻后得到的钨杆1的横截面积。具体的，对数应变可以为例如0.95、1.00、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30中的任意一者或任意两者之间的范围。
[0020]优选的，所述步骤S7中，退火温度为2400~2500℃，退火时钨杆1沿其轴向运动，退火速度为0.35~0.50m/min。具体的，退火温度可以为例如2400℃、2410℃、2420℃、2430℃、2440℃、2450℃、2460℃、2470℃、2480℃、2490℃、2500℃中的任意一者或任意两者之间的范围，退火速度可以为例如0.35m/min、0.36m/min、0.37m/min、0.38m/min、0.39m/min、0.40m/min、0.41m/min、0.42m/min、0.43m/min、0.44m/min、0.45m/min、0.46m/min、0.47m/min、0.48m/min、0.49m/min、0.50m/min中的任意一者或任意两者之间的范围。进一步优选的，钨杆2的钨晶粒组织结构均匀，钨晶粒的粒径平均为35~40μm，钨杆2的硬度HV30为385~410。
[0021]根据本发明的第二方面，本发明提供了如下技术方案：
一种高强度钨合金丝，采用上述的高强度钨合金丝的制备方法制备得到，所述高强度钨合金丝的丝径小于30μm，抗拉强度≥6200MPa，且合格率≥80%(单次拉拔不断丝长度大于160km视为合格)。
[0022]优选的，所述高强度钨合金丝为丝径为28μm的钨丝，抗拉强度>6200MPa，且合格率>80%;
优选的，所述高强度钨合金丝为丝径为25μm的钨丝，抗拉强度>6400MPa，且合格率>80%;
优选的，所述高强度钨合金丝为丝径为22μm的钨丝，抗拉强度>6550MPa，且合格率>80%;
以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。
[0023]实施例1
一种高强度钨合金丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将钨粉、氧化镧、研磨球加入球磨罐中进行球磨得到混合粉;混合粉中氧化镧的质量分数为0.70wt%;研磨球为玛瑙球磨珠，混合粉与研磨球的质量比为8：1，研磨球的直径为3.5mm，球磨转速为240rpm，球磨时间为3h;
S2、将混合粉装入模具进行等静压成型得到钨生坯;等静压压力为120;MPa;
S3、将钨生坯放入微波炉的圆筒中，并在H2体积占比为5vol%的H2+N2氛围中进行烧结，制备得到直径为18.5±0.3mm的钨坯，其中圆筒以5rpm的速度旋转，烧结温度为1800℃，烧结时间为20min;
S4、将钨坯加热至1700℃进行轧制，得到直径为9±0.5mm的钨棒1;
S5、将钨棒1进行退火，其中退火温度为2250℃，退火速度为0.30m/min，得到钨棒2;
S6、将钨棒2采用旋锤进行锻打，得到钨杆1，其对数应变为1.15;
S7、将钨杆1进行退火，退火温度为2400℃，退火速度为0.45m/min，得到钨杆2(如图1所示);钨杆2的钨晶粒组织结构均匀，钨晶粒的粒径平均为38μm，钨杆2的硬度HV30为392;
S8、将钨杆2进行拉拔制备得到28型的钨丝，共生产了20卷钨丝，平均抗拉强度为6324MPa，极差为84MPa，极差与平均值之比为1.33%，长度大于160km的有17卷，合格率为85%。
[0024]实施例2
一种高强度钨合金丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将钨粉、氧化镧、研磨球加入球磨罐中进行球磨得到混合粉;混合粉中氧化镧的质量分数为0.75wt%;研磨球为玛瑙球磨珠，混合粉与研磨球的质量比为10：1，研磨球的直径为4.0mm，球磨转速为240rpm，球磨时间为3h;
S2、将混合粉装入模具进行等静压成型得到钨生坯;等静压压力为130MPa;
S3、将钨生坯放入微波炉的圆筒中，并在H2体积占比为5vol%的H2+N2氛围中进行烧结，制备得到直径为18.5±0.3mm的钨坯，其中圆筒以5rpm的速度旋转，烧结温度为1750℃，烧结时间为25min;
S4、将钨坯加热至1800℃进行轧制，得到直径为9±0.5mm的钨棒1;
S5、将钨棒1进行退火，其中退火温度为2200℃，退火速度为0.30m/min，得到钨棒2;
S6、将钨棒2采用旋锤进行锻打，得到钨杆1，其对数应变为1.24;
S7、将钨杆1进行退火，退火温度为2450℃，退火速度为0.35m/min，得到钨杆2;钨杆2的钨晶粒组织结构均匀，钨晶粒的粒径平均为36μm，钨杆2的硬度HV30为400;
S8、将钨杆2进行拉拔制备得到25型的钨丝，共生产了19卷钨丝，平均抗拉强度为6490MPa，极差为75MPa，极差与平均值之比为1.16%，长度大于160km的有16卷，合格率为84%。
[0025]实施例3
一种高强度钨合金丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将钨粉、氧化镧、研磨球加入球磨罐中进行球磨得到混合粉;混合粉中氧化镧的质量分数为0.65wt%;研磨球为玛瑙球磨珠，混合粉与研磨球的质量比为8：1，研磨球的直径为3.5mm，球磨转速为250rpm，球磨时间为3.5h;
S2、将混合粉装入模具进行等静压成型得到钨生坯;等静压压力为130MPa;
S3、将钨生坯放入微波炉的圆筒中，并在H2体积占比为5vol%的H2+N2氛围中进行烧结，制备得到直径为18.5±0.3mm的钨坯，其中圆筒以5rpm的速度旋转，烧结温度为1700℃，烧结时间为20min;
S4、将钨坯加热至1750℃进行轧制，得到直径为9±0.5mm的钨棒1;
S5、将钨棒1进行退火，其中退火温度为2200℃，退火速度为0.35m/min，得到钨棒2;
S6、将钨棒2采用旋锤进行锻打，得到钨杆1，其对数应变为0.95;
S7、将钨杆1进行退火，退火温度为2400℃，退火速度为0.50m/min，得到钨杆2;钨杆2的钨晶粒组织结构均匀，钨晶粒的粒径平均为40μm，钨杆2的硬度HV30为398;
S8、将钨杆2进行拉拔制备得到22型的钨丝，共生产了20卷钨丝，平均抗拉强度为6610MPa，极差为43MPa，极差与平均值之比为0.65%，长度大于160km的有17卷，合格率为85%。
[0026]对比例1
与实施例1的不同之处在于，按照传统生产工艺，制备丝径为28μm的钨合金丝，具体为：采用高能混料机混合钨粉和氧化镧，采用中频烧结法烧结、热轧得到钨棒，旋锻时对数应变为0.75。
[0027]本对比例制备得到的钨杆2的钨晶粒大小不均匀，硬度波动较大，共生产了20卷钨丝，平均抗拉强度为5546MPa，极差为152MPa，极差与平均值之比为2.74%，长度大于160km的有11卷，合格率55%。
[0028]对比例2
与实施例1的不同之处在于，步骤S1中，将钨粉、氧化镧按照实施例1的比例加入高能混粉机混合。
[0029]本对比例制备得到的钨杆2(如图2所示)的钨晶粒大小不均匀，硬度波动较大，共生产了20卷钨丝，平均抗拉强度为5752MPa，极差为127MPa，极差与平均值之比为2.21%，长度大于160km的有13卷，合格率65%。
[0030]对比例3
与实施例1的不同之处在于，步骤S3中，微波炉的圆筒不旋转。
[0031]本对比例制备得到的钨杆2的钨晶粒大小不均匀，硬度波动较大，共生产了20卷钨丝，平均抗拉强度为5960MPa，极差为96MPa，极差与平均值之比为1.61%，长度大于160km的有13卷，合格率65%。
[0032]对比例4
与实施例1的不同之处在于，不进行步骤S5。
[0033]本对比例锻打过程中钨棒严重开裂，无法继续变形。
[0034]对比例5
与实施例1的不同之处在于，步骤S6中，对数应变为1.54。
[0035]本对比例制备得到的钨杆2(如图3所示)的钨晶粒偏小，HV30为448，共生产了20卷钨丝，平均抗拉强度为6443MPa，极差为58MPa，极差与平均值之比为0.90%，长度大于160km的有7卷，合格率35%。
[0036]对比例6
与实施例1的不同之处在于，步骤S7中，退火温度为2700℃。
[0037]本对比例制备得到的钨杆2(如图4所示)的钨晶粒偏大，HV30为356，共生产了20卷钨丝，平均抗拉强度为5068MPa，极差为86MPa，极差与平均值之比为1.70%，长度大于160km的有11卷，合格率55%。
[0038]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
说明书附图(4)
