[发明专利]一种钇用Ta10W合金坩埚及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔炼和焊接技术领域，尤其涉及一种钇用Ta10W合金坩埚及其制备方法。

背景技术

金属钇大量应用于电子器件中，钇的纯度直接影响了其材料性能及使用效果，因此金属钇应用的关键环节是钇的制备及提纯技术。而钇作为稀土金属，具有极高的活性，极易氧化，并且能与大多数金属形成固溶体，所以钇的提纯对坩埚的材质有苛刻的要求。目前，应用较为普遍的是钨坩埚，如申请号为201410516448.9(公开号为CN104289714A)的中国发明专利《一种稀土用钨坩埚的制备方法》。钨坩埚所用的原料钨硬度大，机械加工困难，所以一般钨坩埚制作时采用粉末烧结工艺，制作过程复杂，能耗大，且由于钨韧性差，在烧结过程中容易出现裂纹，造成成品率低，使用寿命短等问题。

Ta10W合金是一种高密度、高熔点、高强度的合金，具有很好的高温强度、延展性、可焊性和耐腐蚀性能，适用于高温、高压、强腐蚀等恶劣工作环境，利用Ta10W为原料制作坩埚，理论上可以解决钨坩埚存在的上述问题。然而Ta及其合金加热到500℃以上迅速氧化，在高温下会从环境中吸收氢、氧、氮等气体，少量的气体杂质就能显著影响钽的力学和耐蚀性能，这给焊接加工造成了困难，对焊接操作时的气氛、环境提出了较高的要求。例如用氩弧焊焊接Ta-12W合金得到的焊缝强度低，为母材强度的50％，焊接过程中存在热影响区大、晶粒粗大等问题；易形成裂纹，降低强度，虽然氩弧焊、氦弧焊效率高且成本低，但不能得到优质的焊缝。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术而提供一种耐高温、耐腐蚀的钇用Ta10W合金坩埚。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术而提供一种能有效解决Ta10W合金焊接吸气问题的钇用Ta10W合金坩埚的制备方法。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种钇用Ta10W合金坩埚，包括坩埚本体，其特征在于，所述坩埚本体包括锅体和锅底，该锅底上端插入锅体一端而连接形成坩埚本体，且连接处的锅底上端外周面与锅体端部内周面分别形成用于连接锅体与锅底的搭接面。

作为优选，所述搭接面沿坩埚本体高度方向的长度为5～8mm，有利于锅体与锅底稳固连接而形成坩埚本体。

为使坩埚本体内部结构稳固，作为优选，所述搭接面处形成有用于连接锅体内壁与锅底外壁的第一焊接缝；进一步，所述锅体由Ta10W合金板卷合而成且板的边沿对接面形成有纵向的第二焊接缝。

作为优选，所述锅体呈圆筒状，其内径为150～200mm，高度为150～200mm，厚度为1.0～1.8mm。

作为优选，所述锅底呈圆盆状，其外径为150～200mm，高度为25～35mm，锅底壁厚度为1.5～2.0mm。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：所述第一焊接缝和第二焊接缝均通过电子束焊接法焊接而成。

具体地，所述第二焊接缝通过以下步骤形成：

(1)清除Ta10W合金板边沿对接面处的油污，夹持Ta10W合金板并使对接面之间的间隙≤0.03mm，然后将其固定在电子束焊机真空室内并抽真空至10^-3Pa；

(2)依次进行聚焦焊接和散焦焊接形成第二焊接缝，其中聚焦焊接的焊接工艺参数如下：电子束焦距为205～210mm，焊接电压为135～140KV，焊接电流为2～5mA，焊接速度为295～305mm/min；散焦焊接的焊接工艺参数如下：电子束焦距为250～255mm，焊接电压为135～140KV，焊接电流为3～6mA，焊接速度为275～280mm/min。

所述第一焊接缝通过以下步骤形成：

(1)用Ta10W合金板经冲压模具冲压成锅底，清理锅底上端边沿的毛刺，清除锅底上端外周面轴向5～8mm范围内的油污；

(2)将锅底上端插入锅体一端并使搭接面沿坩埚本体长度方向的宽度为5～8mm，从而将锅底与锅体组装在一起形成坩埚本体；

(3)夹持组装在一起的坩埚本体，将其固定在电子束焊机真空室内并使坩埚本体与电子束成55°～65°角；

(4)依次进行聚焦焊接和散焦焊接形成第一焊接缝，其中聚焦焊接的焊接工艺参数如下：电子束焦距为200～205mm，焊接电压为135～140KV，焊接电流为3～5mA，焊接速度为300～305mm/min；散焦焊接的焊接工艺参数如下：电子束焦距为250～255mm，焊接电压为135～140KV，焊接电流为3～6mA，焊接速度为275～280mm/min。