一种具有高强度的钨合金丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钨合金丝及其制备方法，尤其涉及一种具有高强度的钨合金丝及其制备方法。

背景技术

钨及其合金具有高弹性模量、高导电性等优点，具备高强度的同时具有较好的韧塑性。以钨合金丝制成的金刚线锯与碳钢线锯相比具有细线化程度高、切割损失小、良品率高等优点。目前市场上常见的碳钢金刚线，其原材料盘条的生产技术为日本垄断，目前无法国产，但钨合金丝的制备工艺在国内已有成熟技术，可实现规模化量产，因此，开发钨合金丝金刚线不仅可以提升产能和质量，还能解决供料供应问题。

纯钨丝虽可以拉拔至10μm以下，但强度较低，无法用于生产金刚线，必须添加其他元素提升性能，常见添加元素如铼、钼、钴、铬、铁等元素都可以将强度提升至6000MPa以上，若通过改变拉拔模链提升强度，在拉拔过程中易造成断丝，存在一定问题。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种拉拔断丝率低的具有高强度的钨合金丝；本发明的另一目的在于提供一种所述钨合金丝的制备方法。

技术方案：本发明所述的具有高强度的钨合金丝，成分为镧0.5-1.5(wt％)，钴或铁0.1-1.0(wt％)，其余为钨，该钨合金丝在0-40℃下强度高于7000Mpa，40-200℃下强度高于6000Mpa，200-300℃下强度高于5500Mpa，300-350℃下强度高于5000Mpa。

进一步地，所述钨合金丝的直径为15-45μm。

所述钨合金丝的制备工艺包括以下步骤：

(1)合金棒制备：根据合金丝成分中各元素质量比，将单质金属粉末混合后装入模具中，分两次热等静压成为合金棒；

(2)旋锻加工合金棒；

(3)在600-2500℃下进行高温拉拔；

(4)在200-350℃下进行低温拉拔。

进一步地，步骤(1)中所述单质金属粉末的纯净度高于99.9％，粒径为3-4μm。

进一步地，步骤(2)中所述旋锻温度为1400-1450℃。

进一步地，步骤(3)中所述高温拉拔过程中，钨合金丝在2300-2500℃下，强度为50-70Mpa，在10-40℃下，强度为200-1000Mpa。

进一步地，步骤(4)中所述低温拉拔退火采用阶梯式升温，升温速率：室温-500℃：100℃/min；500-750℃：80℃/min；750-800℃：50℃/min，总时长30-45分钟。

进一步地，步骤(4)中所述低温拉拔共进行2次45-60道次拉拔，在两次拉拔之间进行一次退火处理，温度为750-800℃。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)高温强度高，在300-350℃下强度高于5000Mpa；

(2)拉拔断丝率低于2％；

(3)室温下强度超过7000MPa，制成金刚线后可使用较高的切割张力；

(4)可加工至直径15μm，降低切割损耗。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

本实施例合金成分为W-1La-1Co(镧：1.0wt％，钴为1.0wt％，其余为钨)，加工为15μm合金丝后破断力为5.1N，实测室温下强度为7215Mpa，拉拔断丝率为1.2％。

所述钨合金丝的制备方法如下：

(1)合金棒制备：根据合金丝成分中各元素质量比，将纯净度高于99.9％，粒径为3-4μm的纯金属粉末混合后装入直径100mm钢制模具中，在1200℃及1800℃下分两次热等静压为直径35mm合金棒，；

(2)旋锻：旋锻温度为1400-1450℃，总道次为20，将合金棒直径由35mm旋锻加工至9mm；

(3)高温拉拔：共进行6次40道次拉拔，第一次由9mm拉拔至8mm，温度为2450℃，共1道次，此温度下强度高于50Mpa，拉拔后室温下强度高于200MPa。第二次由8mm拉拔至6mm，温度为700℃，共10道次。第三次由6mm拉拔至5mm，温度为2400℃，共1道次，此温度下强度高于60Mpa，拉拔后室温下强度应高于500MPa。第四次由5mm拉拔至3mm，温度为650℃，共12道次。第五次由3mm拉拔至2mm，温度为2350℃，共1道次，此温度下强度高于70Mpa，拉拔后室温下强度应高于1000MPa。第六次由2mm拉拔至0.60mm，温度为600℃，共15道次；

(4)低温拉拔：共进行2次45至60道次拉拔，先由0.60mm拉至0.15mm，共30道次，温度为350℃，之后进行一次退火处理，温度为800℃，采用阶梯式升温，升温速率：室温-500℃：100℃/min；500-750℃：80℃/min；750-800℃：50℃/min，总时长为30分。退火后由0.15mm拉至低于0.045mm，共15～30道次，温度为200-300℃。

实施例2

本实施例合金成分为W-0.7La-1Fe(镧：0.7wt％，铁为1.0wt％，其余为钨)，加工为15μm合金丝后破断力为5.0N，实测强度为7073Mpa，拉拔断丝率为1.8％。

(1)合金棒制备：根据合金丝成分中各元素质量比，将纯净度高于99.9％，粒径为3-4μm的粉末混合后装入直径100mm钢制模具中，在1200℃及1800℃下分两次热等静压为直径35mm合金棒，；

(2)旋锻：旋锻温度为1400-1450℃，总道次为20，将合金棒直径由35mm旋锻加工至9mm；

(3)高温拉拔：共进行6次40道次拉拔，第一次由9mm拉拔至8mm，温度为2450℃，共1道次，此温度下强度高于50Mpa，拉拔后室温下强度高于200MPa。第二次由8mm拉拔至6mm，温度为700℃，共10道次。第三次由6mm拉拔至5mm，温度为2400℃，共1道次，此温度下强度高于60Mpa，拉拔后室温下强度应高于500MPa。第四次由5mm拉拔至3mm，温度为650℃，共12道次。第五次由3mm拉拔至2mm，温度为2350℃，共1道次，此温度下强度高于70Mpa，拉拔后室温下强度应高于1000MPa。第六次由2mm拉拔至0.60mm，温度为600℃，共15道次；

(4)低温拉拔：共进行2次45至60道次拉拔，先由0.60mm拉至0.15mm，共30道次，温度为350℃，之后进行一次退火处理，温度为800℃，采用阶梯式升温，升温速率：室温-500℃：100℃/min；500-750℃：80℃/min；750-800℃：50℃/min，总时长为30分。退火后由0.15mm拉至低于0.045mm，共15～30道次，温度为200-300℃。

对比例1

本应用实例合金成分为W-1Re-1Co(Re：0.7wt％，Co为1.0wt％，其余为W)，加工为15μm合金丝后破断力为4.5N，实测强度为6366Mpa，拉拔断丝率为4.1％。

对比例2

本应用实例合金成分为含碳0.92wt％高碳钢丝，加工为40μm后破断力为6.2N，实测强度为4933Mpa，拉拔断丝率为5.2％。

将实例1-4制成金刚线后分别切割M10尺寸硅片，切割张力设定为3.0N，切割刀数不低于100刀，结果如表1所示。

表1

由表1可知，本发明所涉含镧的超高强度钨合金丝在拉拔生产过程中断线率低，强度高，制成线锯后损耗低、产品良品率高，符合高质量、高效率、低损耗的要求。