專利名稱：鉬合金及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉬合金，尤其涉及該鉬合金的配比及其制造方法。
背景技術：
資料表明，中國鉬資源儲量僅次于美國，位居世界第二；同時，中國 也是世界上鉬產(chǎn)品出口量最大的國家之一。金屬鉬、鉬合金廣泛地用于鋼 鐵工業(yè)、電光源、電真空行業(yè)、機械汽車工業(yè)、宇航、軍事工業(yè)、核工業(yè) 等現(xiàn)代技術的很多領域中，進入2000年以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展， 半導體技術的發(fā)展明顯加速，離子植入機是生產(chǎn)半導體晶圓芯片的最主要 設備，離子源反應室是離子植入機核心部件，其中40%的零件是由鉬和鉬 合金制成的。
金屬鉬具有熔點高(2620°C)，導電性能好，較好的高溫強度和硬度的 特點；但是在高溫下易氧化，再結晶溫度低(IIO(TC)，再結晶后易脆斷和 高溫下的強度和硬度較差等缺陷。為了延長它的使用壽命，擴大它的使用 領域，美國在上世紀70年代末由于宇航和軍事工業(yè)的需要，研制開發(fā)了一 種名為TZM—364標準的鉬合金材料。
1、 TZM—364材料主要成分:碳(C) :100ppm—400ppm，0. 01%-0.04%; 氧(0):《300ppm;氮(N):《20ppm;鐵(Fe):《100ppm;鎳(NI):《50ppm; 硅(SI):《50ppm;鈦(TI) : 4000ppm—5500ppm， 0. 40%-0. 55%;鋯(ZR): 600ppm—1200ppm， 0. 06%-0. 12%;余量鉬(MO)。
2、 TZM—364板、棒、塊制造工藝(1) TZM粉末的配置按配置100KgTZM粉末計算得出C、 Ti、 Zr的具 體添加量，A:光學純碳粉二100X (0.01%-0.04%)=10g-40g;B:TiH=100X (0. 4%-0. 55%)=400g-550g;C: ZrH=100X (0. 06%-0. 12%):60g-120g。 說明為了提高Ti、 Zr的化學活性，以利于生成強化相，Ti、 Zr是以氫化 物形式加入的，Ti的原子量為48，H的原子量為1，因此Ti的原子量與TiH2 的分子量基本相當，Zr的原子量為91， H的原子量為l，因此Zr的原子量 與ZrH2的分子量基本相當。
(2) TZM粉末的固體一固體混合按計算得出C、 Ti、 Zr和Mo粉的實 際重量，在V型混合器將4種粉末充分混合均勻，V型混合器轉速為10 — 30轉/分，混合時間為16-24小時，裝料量根據(jù)V型混合器的大小而定，為V 型混合器容積的2/5-3/5。
(3) 等靜壓制借助于高壓泵的作用把流體介質壓入耐高壓的鋼體密 封容器內，高壓流體的靜壓力直接作用在彈性模套內的粉末上，粉末體在 同一時間內在各個方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強度高的壓制 件；壓制壓力為1000Kg/cm2-2200Kg/cm2,保壓時間為30分鐘-60分鐘。
(4) TZM壓制品燒結燒結升溫采用階梯式升溫工藝制度，在80(TC — IOO(TC之間保溫2小時，以去除低熔點物質和氧含量；在190(TC—200(TC 保溫4_8小時，燒結總時間為18小時一26小時/爐，保護氣體為氫氣。
(5) 熱鍛造熱鍛造分為自由鍛造和模具鍛造二個步序，熱鍛造的開 坯溫度為1400°C —1450°C，開坯的第一次變形量為20%—30%之間，以后 遵循一火一道次工藝原則進行熱加工，最終鍛件的變形量大于80%。
(6) 熱軋制熱軋制的開坯溫度為140(TC — 145(TC，開坯的第一次變 形量為30%—40%之間，以后遵循一火一道次工藝原則進行熱加工，最終 軋制件的變形量大于70%。
現(xiàn)有技術中TZM制品的配比及其制造方法存在以下不足1、 TZM—364材料成分碳含量范圍偏大，造成鉬合金中有碳化鉬的存在， 碳化鉬不能強化鉬，反而會使合金變形性能變壞，碳化鋯的彌散強化效果 最好，由于鋯含量偏小，使TZM的性能受到影響。
2、 將氫化鈦、氫化鋯等加入到鉬粉中是采用粉末中加入粉末，屬于固 一固摻雜法。固一固慘雜一般是將不同的粉末混合均勻，它的缺點是如果 摻雜的添加劑量很小(例如小于1%)的情況下，固一固摻雜就很難均勻， 不均勻的粉末也就很難做出均勻的燒結塊。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供了一種鉬合金，旨在解決上述問題； 本發(fā)明還提供了制造上述鉬合金的制造方法。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明的鉬合金包括碳(C) :100ppm — 300ppm, 0.01%-0.03%;鈦(TI) : 4000ppm—5500卯m， 0. 40%-0. 55%;鋯(ZR): 1210卯m—2000ppm， 0. 121%-0. 2%;余量二氧化鉬(Mo02);
本發(fā)明是通過以下步驟實現(xiàn)的
按配置100KgTZM粉末計算得出C、 Ti、 Zr的具體添加量光學純碳粉 =100 X (0. 01%-0. 03%) =10g-30g; TiH=100 X (0. 4%-0. 5590 二400g-550g; ZrH二100X (0. 121%-0. 2%)=121g-200g; Mo02=133 . 33Kg (由Mo02+2H2=Mo+H20
方程式計算得到)；
二氧化鉬(Mo02)固-固摻雜法
按計算得出C、 Ti、 Zr和Mo02粉的實際重量，在V型混合器中將4種 粉末充分混合均勻，V型混合器轉速為10 — 30轉/分，混合時間為l"-24小 時，裝料量根據(jù)V型混合器的大小而定，為V型混合器容積的2/5-3/5;
合金鉬粉還原工藝
二氧化鉬二次還原成鉬粉的化學方程式Mo02+2H2=Mo+ H20
(1)還原設備十三圓管鉬絲加熱電爐，舟皿尺寸按具體圓管而定，舟皿內襯0. 5mm鉬片保證鉬粉純度；
(2) 裝料量;200g—500g/舟，推舟速度15分鐘-30分鐘/舟；氫氣流
量立方米/小時/管，氫氣露點溫度小于-3(TC;
(3) 爐溫。C:1區(qū)；730—780， 2區(qū)；840—870， 3區(qū)；920—950， 4區(qū)； 920—950， 5區(qū)；860 — 880;
合金鉬粉合批工藝
(1) 過篩采用臺式振動篩，篩網(wǎng)用不銹鋼80 — 160目過篩二次還原 的TZM粉，剔除篩上物；
(2) 合批:將過篩的TZM粉末用V型混合器充分混合均勻，V型混合器 轉速為10 — 30轉/分，混合時間為16-24小時，裝料量根據(jù)V型混合器的大 小而定，為V型混合器容積的2/5-3/5;
TZM粉末的等靜壓制；
TZM壓制品燒結；
熱鍛造；
熱軋制。
上述TZM粉末的等靜壓制、TZM壓制品燒結、熱鍛造、熱軋制的步驟與 現(xiàn)有技術一樣。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是能制造出性能均勻高強度和 高延性的TZM板、棒、塊原料。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述
本發(fā)明的TZM原料配方
碳含量為0.01%-0.03% (10g—30g)，鈦含量為0.權-O. 55% (400g— 550g)，鋯含量為O. 121%-0.2% (121g—200g)，其余為鉬含量(鉬含量轉化 為二氧化鉬的重量是132. 38Kg—132. 7Kg)。美國TZM—364配方碳含量為0.01%_0. 04% (10g—40g)，鈦含量為， 0.40%-0.55% (400g—550g)，鋯含量為0. 06%-0. 12% (60g—120g)，其余為 鉬含量(99.29Kg-99. 53Kg)。
從二個TZM配方比較中明顯得知，鋯的含量新組分0.121%-0.2%比 TZM364組分0.06%-0. 12%大，鋯的原子半徑3. 229X 10—1Qm，鈦的原子半 徑2.98X10—10m，鉬的原子半徑2.80X1(T 。TZM鉬合金的強化是通 過Ti、 Zr、 C的加入形成了難熔碳化物TiC和ZrC相，由于在位錯及雜質 周圍存在彈性應力場，當添加少量的合金元素時，它們將位于固熔體的最 大位錯堆積區(qū)，降低了彈性應力，也就降低了金屬的內能；還使位錯周圍 形成異類原子堆積，使位錯難以遷移，原子半徑大起到的強化作用就大， 因此本發(fā)明的TZM材料高溫強度有提高。由于本發(fā)明的碳含量按最低量配 制，碳化鉬相量變小，碳化鉬會使合金變形性能變壞，因此本發(fā)明的TZM 材料低溫延性很好，TZM364標準的燒結毛坯在熱壓力加工時開裂嚴重，本 發(fā)明的毛坯在熱壓力加工時基本沒有開裂現(xiàn)象產(chǎn)生。 在制造方法中
現(xiàn)有技術是將氫化鈦、氫化鋯、碳直接加入到鉬粉中進行混合，固_ 固摻雜工藝在添加劑量較大時，混合均勻效果較好，工序簡單成本低，它 的缺點是如果摻雜的添加劑量很小(例如小于1%)的情況下，就很難均勻， 不均勻的粉末也就很難做出均勻的燒結塊。
氫化鈦化學穩(wěn)定性較高，不和空氣及水作用；氫化鋯具有強還原性， 受熱或與潮氣、即放出熱量與氫氣而引起燃燒和爆炸，因此氫化鈦和氫化 鋯都不溶解于水，從而不能采用混合均勻的固一液摻雜工藝。本發(fā)明的方
法雖然也是固一固摻雜法，但是工藝流程進行了重大改進(1)將氫化鈦、 氫化鋯、碳直接加入到二氧化鉬粉末中進行混合工序；(2) 二氧化鉬粉末 還原工序；(3)合金鉬粉合批工序。本發(fā)明的方法特點在二氧化鉬階段將微量元素添加進去，通過還原、過篩、合批過程使粉末混合均勻，最終制 造出性能均勻的燒結毛坯。
綜上所述，本發(fā)明配制了更科學的TZM鉬合金材料的組分。
本發(fā)明使固一固摻雜法更合理科學化。
權利要求
1. 一種鉬合金，包括碳100ppm—300ppm，0.01％-0.03％；鈦4000ppm—5500ppm，0.40％-0.55％；鋯1210ppm—2000ppm，0.121％-0.2％；余量二氧化鉬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉬合金及其制造方法，本發(fā)明的制造方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的按配置100kgTZM粉末計算得出C、Ti、Zr的具體添加量光學純碳粉＝100×(0.01％-0.03％)＝10g-30g；TiH＝100×(0.4％-0.55％)＝400g-550g；ZrH＝100×(0.121％-0.2％)＝121g-200g；MoO₂＝133.33kg；二氧化鉬(MoO₂)固-固摻雜法；合金鉬粉還原工藝；合金鉬粉合批工藝；TZM粉末的等靜壓制；TZM壓制品燒結；熱鍛造；熱軋制；本發(fā)明的有益效果是能制造出性能均勻高強度和高延性的TZM板、棒、塊原料。
文檔編號C22C1/05GK101532108SQ20081003450
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月12日 優(yōu)先權日2008年3月12日
發(fā)明者葉志強 申請人:上海西普鎢鉬業(yè)制品有限公司