[发明专利]钼金属粉末的生产

说明书

本申请是申请号为200980151595.8(国际申请号为PCT/IB2009/007311)、申请日为2009年10月14日、发明名称为“钼金属粉末的生产”的中国专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及一种用于在移动床中生产可烧结钼金属粉末的方法、可烧结钼粉末及其用途。

背景技术

钼金属粉末，后文也被称作Mo粉末，被大规模用于通过粉末冶金(“PM”)过程生产烧结的固体钼。“PM”指的是压制任意金属或合金粉末来产生坯块，所述坯块随后在减压下或在氢中或者在相继的两者中被烧结。对钼来说，烧结之后是热或冷成形步骤(例如轧制、锻造、挤出或深冲压以及拉丝)用以生产成品部件，例如片、成形的坯料(body)、圆棒或丝。由于这些成形步骤中作用于固体钼上的张力，必须尽可能地避免烧结部件中孔与夹杂物(“缺陷”)的发生(理论密度的约94％是合乎期望的，假设理论密度为10.22g/cm³)。这些缺陷会导致低的拉伸强度和/或低的断裂伸长率，这是因为它们是裂纹和断裂的起始点，并由此是成形步骤中故障的原因。ASTM B386-03要求特定的最小拉伸强度，该最小拉伸强度仅能当在成形之前的烧结状态中达到特定的最小密度并且成形的部件不含有任何缺陷时达到。诸如氧或碳的非金属元素也必须被保持在最低可能的水平，因为这些元素使钼变脆(即降低韧性或可锻性(maleability))，这在成形步骤中也导致断裂。ASTM D386-03描述了这些元素(例如氧和碳)的最大含量。对借助于PM生产的钼部件来说，规定最多70ppm的氧(ASTM材料编号361)，而针对通过真空电子束过程熔融的钼的规格则是≤15ppm的氧。

因此，为了避免成形步骤中由于断裂而造成的高废品率，有必要在烧结之后使密度达到高的值并将烧结部件中的氧含量降到非常低的值。这有时是借助于PM过程非常难达到的，并且如ASTM B386-03中规定的70ppm的氧被认为是一种让步，其仅代表成形步骤的要求与借助于PM过程可达到的结果之间的妥协。这意味着用于生产烧结部件的Mo金属粉末应具有有助于达到烧结后70ppm或更佳目标的固有性质，其中15ppm是合乎期望的目标。第二，烧结的密度应非常高。

烧结部件中氧的控制要求对于在烧结过程期间竞争的两个过程的控制：第一是关于烧结期间收缩的烧结过程自身，该过程导致孔隙的丧失和减少，以及第二是对借助于氢到坯块的孔中的扩散，接着水蒸气通过孔的输出扩散，而从粉末移除残留氧的控制。后一过程要求开口孔隙的存在，开口孔隙如同网络，具有到外表面的连接。坯料的致密化与此竞争，使得孔隙变得越来越封闭并且通过孔的扩散停止。这两个过程本质上服从于特定的动力学，并因此不同程度地依赖于温度。因此，烧结期间温度增加速率的正确选择是最重要的因素。钼的粉末冶金领域的技术人员会假设具有大于1500ppm的氧含量的Mo粉末对于生产低氧烧结部件是不合适的，因为该氧含量不能在烧结期间完全移除。具有相对高BET比表面积的Mo粉末即使是在它们已被完全还原时仍含有太多氧。这可以被归因于水或氧，被例如筛分或填充过程期间空气中的粉末吸附。不再含有MoO₂的完全还原的Mo粉末，当其在还原并且避免与潮湿空气的长时间接触之后被立即分析时，具有每m²/g比表面积(BET)1000ppm的典型氧含量。

由于表面能的降低是烧结的驱动力，因此Mo粉末的烧结活性随着增加比表面积而增加。也已知，粉末开始烧结时的温度也随着增加比表面积而降低；由于烧结的驱动力随着增加比表面积而增加，收缩率类似。两种性质均可以容易地被测量，例如通过膨胀分析或者通过使用气体吸附建立的各种方法确定比表面积。当Mo粉末的比表面积超过特定阈值时，收缩率可以超过氧移除的速率。这导致Mo粉末不能够被烧结以生产特定比表面积限度以上的致密部件或坯料。然而，当Mo粉末的比表面积太低时，在烧结状态中达到要求的密度所必需的温度增加。然而，当粉末中的初始值相对低时，氧的移除变得较容易。因此，对于用于烧结目的的Mo粉末来说，具有在比表面积的中间范围内的比表面积是实用的，从而，两个方面(收缩和除气)均被考虑到并且均可以被控制。