[发明专利]多元复合稀土钨电子发射材料的旋锻加工方法

说明书

技术领域：

多元复合稀土钨电子发射材料的一种工业旋锻加工方法，属于难熔金属加工领域。

背景技术：

钨电子发射材料作为电子源和离子源主要应用于电真空、焊接、切割、热喷涂等领域，长期以来钍钨以其优异的电子发射性能占据着市场的主流，然而钍具有天然放射性，钍钨材料的生产以及应用危害着环境及人类健康，随人类对环境保护意识的增强，替代钍钨已成为世界各国科研工作者的研究热点，稀土氧化物具有较低的逸出功，将其掺入钨中可以降低钨电子发射体的表面逸出功，因而单元稀土钨电子发射体首先研制成功并被用来替代钍钨，然而单元稀土钨电子发射材料只能承载小的工作电流，在大电流下不仅烧损严重，而且发射不稳定，因此只能在小电流负荷下替代钍钨，多元复合稀土钨电子发射材料是在单元稀土钨电子发射材料的基础上研制出来的，这种材料克服单元稀土钨电子发射材料的缺点，多种稀土氧化物可以共同作用，在电子发射体表面形成一层稳定的低逸出功活性层，从而使多元复合稀土钨电子发射材料的综合发射性能优于同规格钍钨，然而多元复合稀土元素的掺杂，会导致本来具有再结晶脆化的钨材的力学性能发生变化，而且钨的塑脆转变温度和变形量关系密切，因而导致原本复杂的钨电子发射材料的加工工艺更加复杂，因此采用传统旋锻加工工艺，多元复合稀土钨电子发射材料的产品成品率很低约为60％左右，高额的生产成本导致目前未有产业化生产的多元复合稀土钨电子发射材料丝杆推向市场，限制了稀土钨的电子发射材料替代钍钨电子发射体的进程。

发明内容：

针对以上的技术问题，本发明提供了一种成品率高，可加工性能好的稀土钨电子发射材料的旋锻工艺方法。

本发明的多元复合稀土钨电子发射材料的旋锻加工方法，其特征在于，由以下步骤组成：

1)按重量百分比计，将含La₂O₃、Y₂O₃和CeO₂每种稀土氧化物含量为0.4～1.4％，三种稀土氧化物的总含量为2～2.2％，余量为钨的稀土钨烧结坯条放入B203旋锻机进行加工，旋锻温度为1625-1675℃，进料速度1-2m/min，对于常规的13X13X450mm的垂熔坯条采用的换模制度为：Φ13-Φ12.5-Φ12-Φ11.2-Φ10.5-Φ10-Φ9.5-Φ9.0-Φ8.5-Φ8.0-Φ7.5-Φ7.0-Φ6.5。

2)将B203旋锻后的样品在氢气保护气氛下进行退火以消除内应力，退火温度2150-2250℃，进料速度为0.7-0.9m/min。

3)将退火后的稀土钨材放入B202旋锻机进行加工，旋锻温度为：1425-1475℃，进料速度：2-3m/min，换模制度：Φ6.0-Φ5.6-Φ5.2-Φ4.8-Φ4.4-Φ4.1。

4)将经B202锻后的稀土钨材放入B201旋锻机进行加工，旋锻温度为：1325-1375℃，进料速度：3-4m/min，换模制度：Φ3.8-Φ3.5-Φ3.25-Φ3.0。

按上述工艺可以加工制备Φ3.0-Φ12.0多种规格的稀土钨杆。

上述步骤中所提到的B203、B202、B201为钨钼加工中的常规工艺过程，通常用于细分旋锻过程，是指采用B-203、B-202、B-201旋锻机进行的旋锻加工。B-203、B-202、B-201为旋锻机的设备型号，B-203旋锻机的旋锤行程最大，适宜加工大工件；B-202旋锻机的旋锤行程次之，适宜加工小工件；B-203旋锻机的旋锤行程最小，一般用来加工更小的工件。上述步骤提到的换模制度Φ13等是指旋锻摸的最小加工直径为13mm。

钨材的加工性能很差，只能采用热加工方式，而钨又具有典型的再结晶脆性，加热温度成为影响钨材加工性能的关键因素，一般来讲加工温度应该低于钨材的再结晶温度并稍高于晶粒组织的回复温度。故对于一定组织的钨材来讲，合适的加工温度仅限于一个较小的范围内，而且该温度随钨材变形程度不同而动态变化，这使钨材的加工工艺制度的制定变得十分复杂，这也是多元复合稀土钨电子发射材料虽具有优良的电子发射性能但未见其加工产品工业化生产的主要原因。