[发明专利]一种切割用高强超细钨合金丝的制备方法

说明书

本发明公开了一种切割用高强超细钨合金丝的制备方法，包括以下步骤：将镧或铼以其盐溶液的形式加入纯钨粉或酸洗钨粉中，然后在H₂气氛下焙烧还原获得钨合金粉末；将钨合金粉末压制成钨合金圆棒坯条，然后进行预烧结；将预烧后的钨合金圆棒坯条进行垂熔、开坯、旋锻、粗细丝拉拔，得到直径为10~60um钨合金细丝；然后对直径为10~60um钨合金细丝进行连续退火热处理，最后电解抛光获得可应用于晶体材料切割用金刚石线锯基体丝材的高强超细钨合金丝，高强超细钨合金丝的直径为10~60um，室温抗拉强度≥5000MPa。

技术领域

本发明属于钨材料制造技术领域，具体涉及一种切割用高强超细钨合金丝的制备方法。

背景技术

晶体材料加工技术领域中，切割单晶硅的方法为金刚石线锯及切割技术。金刚石线锯是由基体钢丝和表面涂覆的金刚石耐磨层组成，基体钢丝丝径为150~450um，金刚石颗粒涂层厚度为5~20um。金刚石线锯切割技术的机理是金刚石耐磨镀层与工件单晶硅相互磨削作用，实现对单晶硅棒切割，硅片厚度为2mm，切割效率高，不产生有害物质，对环境不会造成污染。但金刚石线锯丝径为150~500um，切割晶体刀锋损失大，尤其直径不小于2英寸的单晶硅棒需要多刀切割，刀锋损耗更为严重，生产成本高。这主要是由金刚石线锯基体钢丝的性能决定的，即钢丝强度为5000~6000MPa时，丝径尺寸为150~450um。因此，如何获得高强超细的金刚石线锯基体丝材是降低刀锋损耗的关键。

与传统的金刚石线锯基体钢丝相比，常规钨及钨合金丝具有高熔点、耐磨性好等优点，其钨丝直径可达到20~100um，室温抗拉强度为3000~4000MPa，仍无法满足晶体材料切割用金刚石线锯基体丝材性能技术要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种切割用高强超细钨合金丝的制备方法，采用稀土改性及掺杂技术和拉拔技术，通过钨粉掺杂稀土元素和粗、细丝拉拔工艺改进后，可获得满足金刚石线锯基体要求的室温高强度、超细钨丝。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种切割用高强超细钨合金丝的制备方法，包括以下步骤：

1）配料：所述高强超细钨合金丝包括以下质量百分比的组分：0.05~2%镧或0~1%铼，其余为钨；所述钨采用纯钨粉或酸洗钨粉为原料，粒度为1~3um；稀土元素镧、铼为掺杂元素；

2）掺杂：将镧、铼以其盐溶液的形式加入纯钨粉或酸洗钨粉中；具体为：按比例称取硝酸镧、铼酸铵，放入去离子水中并搅拌均匀，在80~150℃恒温条件下完全溶解，然后注入掺杂混料机内与纯钨粉或酸洗钨粉混合；

3）还原：将2）所得混合物在H₂气氛下焙烧还原，获得钨合金粉末；经还原处理后，稀土元素镧、铼均匀附着在纯钨粉或酸洗钨粉表面；

4）压制坯条：将3）所得的钨合金粉末用等静压成型方式制成钨合金圆棒坯条；

5）预烧：将钨合金圆棒坯条进行预烧结；预烧结可以提高坯体强度，避免后续垂熔过程中出现机械损伤或断裂；

6）垂熔：将预烧后的钨合金圆棒坯条装入垂熔机内，在H₂气氛经大电流后烧结后得到相对致密度不低于95%的钨合金圆棒，直径17.4~20mm；

7）开坯：将直径为17.4~20mm的钨合金圆棒进行开坯，得到直径为8.0~9.0mm钨合金杆；

8）旋锻：将直径为8.0~9.0mm的钨合金杆进行旋锻，得到直径为3.0~4.0mm钨合金杆；

9）粗丝拉拔：对直径为3.0~4.0mm钨合金杆进行拉拔，得到直径为0.1~0.2mm钨合金粗丝；

10）细丝拉拔：对直径为0.1~0.2mm钨合金粗丝进行拉拔，得到直径为10~60um钨合金细丝；

11）退火处理：采用氢气管式退火炉对直径为10~60um钨合金细丝进行连续退火热处理，消除内应力；

12）电解抛光：采用连续电解抛光清洗钨合金丝，消除丝材表面缺陷。