专利名称：用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法。
背景技术：
化纤生产在20世纪末已得到了蓬勃的发展，成为国民经济的一个重要组成部分，而喷丝头(板)又是化纤生产中最精密、最重要的一个部件，它的质量好坏直接影响到化纤生产的劳动生产率、成本及化纤质量。人们一直在不断改进喷丝头，以适应化纤生产的发展需要。
生产化纤的工艺方法不同，对喷丝头(板)的要求也不同。在化纤生产中通常采用三种工艺生产，即熔融法、干法(也称干湿法)和湿法。其中熔融法喷丝板能承受的压力最高达几百个大气压，因此要求制造喷丝板的材料具有良好的物理机械性能，喷丝板的厚度达到1Omm-30mm，而湿法纺丝所用的喷丝头所需承受的压力小得多，厚度一般在0.2-0.75mm之间，干法纺丝用喷丝头则介于两者之间。由于湿法纺丝是在强酸强碱的环境中进行，喷丝头要求有强的抗腐蚀能力，因此在化纤生产发展初期，大多数湿法纺丝如粘胶纤维、晴纶丝等喷丝头均采用贵金属(如金、铂、铑、钯的合金)。近十多年来，以钽代金铂的喷丝头逐渐被广泛应用，其中用电化学反应制作的镀膜钽喷丝头(详见中国专利ZL 85101505和ZL86102269)由于有良好的可纺性，已在湿法纺丝生产中代替金铂喷丝头取得了良好的效果。
所谓喷丝头的质量好坏，主要涉及两个方面，其一是喷丝头的可纺性，可纺性好的喷丝头，其非计划换头率低、纺丝周期长、纺出的化纤丝的质量好，毛丝率(毛丝率＝一个工作日内因为毛丝降低等级的丝的桶子数量/所生产的丝的桶子总量)低、疵点少等，这些都直接影响向到化纤生产的劳动生产率、化纤质量、成本以及纺丝工人的劳动强度等。
假定喷丝头的设计均合理的情况下，其可纺性就与喷丝头以下制造工艺有关(一)满足设计要求的良好的制造工艺。喷丝头微孔内壁及出口面的足够的光洁度，微孔壁及孔口不能有毛刺、缺口等。
(二)合适的表面处理工艺，对喷丝头表面处理不仅是为了获得足够的硬度和机械强度，对湿法纺丝来讲，还需获得一个合适的表面性能，更直接他说，如粘胶纤维等喷丝头需要通过对喷丝头的表面处理，获得一个合适的电极电位。
(三)选择合适的喷丝头材质。对熔融法及干法纺丝，用不锈钢即可满足要求，但对有强酸强碱的湿法纺丝必须用抗腐蚀的贵金属的合金或钽材。
衡量喷丝头质量的另一个重要的方面是喷丝头的使用寿命，它主要与喷丝头的抗划伤、抗变形、抗腐蚀能力有关。
(1)抗变形能力在喷丝头材料已选定的情况下，其足够厚度保证其有足够的抗变形能力。但在厚度已由设计者选定的情况下，合适的表面处理工艺可以使喷丝头整体或表层获得足够的刚度和强度，从而提高喷丝头的抗变形能力。
(2)抗划伤能力主要与喷丝头的表面硬度有关。在材质已选定的情况下，它就取决于喷丝头的表面处理。因为无论是熔融法，还是干法或湿法纺丝的喷丝头，喷丝头均是在材料软态的情况下进行微孔加工之后，再经表面处理，以获得足够的硬度的。
(3)抗腐蚀能力这在湿法纺丝中尤为重要，它与材质有关。在材质选定以后，它也与表面处理工艺有一定的关系，同时，还与使用单位在使用过程中对喷丝头的合适的清洗工艺有关。
人们一直在致力于提高喷丝头的可纺性，延长喷丝头使用寿命和降低喷丝头成本的研究。
化纤湿法纺丝如纺粘胶纤维、晴纶、氯纶等，由于强酸强碱环境，二十世纪八十年代前喷丝头材料人们一直使用价格昂贵的贵金属，如金铂铑钯等金属的合金。它最大的缺点是成本高，同时由于硬度较低，它的抗划伤能力也较差，易损坏，从而使用寿命较短。因此，人们也一直在研究用其他廉价材料的喷丝头来取代贵金属合金喷丝头。钽喷丝头自二十世纪七十年代问世以来，是最有希望取代贵金属喷丝头的，它的抗腐蚀性能在化纤湿法纺丝的条件下已与贵金属相当。钽喷丝头经在低真空时效热处理后的表面硬度达Hv300左右，而经渗氮处理后钽喷丝头的表面硬度可高达Hv700以上，比贵金属喷丝头表面硬度高得多。尽管如此，经过这两种表面处理的钽喷丝头的可纺性还是不及贵金属喷丝头，从而一直未能在湿法纺丝中，尤其是粘胶纤维生产中代替贵金属喷丝头。因此，以钽代金的研究，实际上就是要解决钽喷丝头的可纺性，使其达到贵金属喷丝头的水平。二十世纪八十年代，由专利ZL85101501和ZL86102269用熔盐电化学方法制作的带有钽的含氧化合物膜的钽喷丝头，解决了可纺性这一关键问题，使表面生成含有钽酸锂膜的钽喷丝头不但可纺性达到了甚至超过了贵金属喷丝头，而且，表面膜层的硬度也高达Hv700-800，磨去表面膜层后，表面膜层下方的过渡层的硬度也可达Hv300-Hv600，比贵金属喷丝头，如金铂合金喷丝头的硬度Hv180-Hv280高得多，增强了喷丝头抗划伤、抗变形的能力。在十多年的推广应用中已取得了良好的使用效果，为在湿法纺丝中以钽喷丝头代替金铂喷丝头开辟了广泛的前景。
然而，镀有钽酸锂膜的钽喷丝头还存在不足。它的可纺性之所以能达到甚至超过贵金属喷丝头，是通过以下方法得到的，即先在钽喷丝头整个表面(包括微孔内壁)均匀地生成一层结合牢固的有钽酸锂的膜层后，再磨去喷丝头出丝面的绝缘膜层(即含钽酸锂的膜层)，留下导电的钽的过渡层，出丝面导电的过渡层与喷丝头微孔内壁的绝缘的含有钽酸锂的膜层之间形成了特殊的电极电位，显著改善了可纺性。实践表明，如果在出丝面保留硬度高的绝缘的钽酸锂膜层，结果这种镀膜钽喷丝头的可纺性就会很差，达不到贵金属喷丝头，因此，也不能代替金铂喷丝头，而只有磨去出丝面硬度高的膜层，留下导电的过渡层才能实现以钽代金铂。尽管如前所述，过渡层的硬度HV300-600虽然仍比贵金属喷丝头高得多，但比膜层的硬度Hv700-800又低得多，在使用过程中仍然会造成不同程度的划伤和磨损，尤其是镀膜钽喷丝头十多年来在粘胶长丝的实践表明，其在纺有光长丝时的使用寿命一般在5-6年以上，而纺无光长丝时，其使用寿命只有2-3年。主要原因就是纺无光丝时，粘胶原液中掺入了一定比例的钛白粉(TiO2)，对喷丝头磨损增大，影响使用寿命，因此进一步提高镀膜喷丝头表面硬度，对提高镀膜钽喷丝头的抗磨损能力，从而延长喷头使用寿命，有着很重要的意义。
这里值得指出的是，上述有钽酸锂膜层的钽喷丝头的可纺性之所以能有如此的改善，甚至超过了贵金属喷丝头，是由以下两个必要的因素决定的，首先是有钽酸锂膜的存在，而不是其他绝缘膜如钽的氧化物所能代替的，因为阳极氧化生成五氧化二钽膜的钽喷丝头早已在粘胶纤维生产中应用过，却未能得到好的效果。其二，如前所述，磨去出丝面的膜层，留下钽的过渡层。这两个因素的结合，缺一不可。
提高喷丝头的表面硬度，增强其抗划伤能力，不仅提高了喷丝头的使用寿命，而且还有利于提高化纤质量。因为喷丝头在遭遇划伤或磨损而报废，只是在达到较为严重的情况下，超过标准以后才报废的，也就是说在报废之前，喷丝头在长期使用过程中(3-6年不等)，实际带着不同程度的轻伤工作，这就必然会影响喷丝头的可纺性，也就会使化纤质量变差。因此，提高喷丝头表面的硬度，减少前述轻度划伤和磨损，有利于提高化纤质量。由于镀膜钽喷丝头的表面使用的是磨去膜层后的钽过渡层，因此，提高过渡层的硬度至关重要。
钽在高温下有良好的吸收气体性能，但吸收过多的氢、氮、氧等气体后材质会变脆。钽喷丝头最早的处理方法是将加工好的钽喷丝头在低真空下，或者说在稀薄的空气中加热，保持在一定的温度，进行时效热处理，以达到提高钽喷丝头硬度的目的，这种方法通常能使钽喷丝头表面硬度达到Hv300左右。
渗氮技术早已用来提高金属工件的表面硬度，从而提高它的耐磨性能、抗划伤性能。二十世纪八十年代，渗氮技术就已被采用在钽喷丝头的表面处理，使其表面硬度提高到Hv700以上。并且渗氮的方法也有多种，随工件加热方式的不同，有离子加热、炉体加热等。
但上述用单纯的渗氮方法进行钽喷丝头表面处理，虽然表面硬度已能满足要求，但如前所述的原因其可纺性不及贵金属喷丝头，在湿法纺丝中，尤其是粘胶纤维生产中，不能用来取代贵金属喷丝头。
发明内容本发明的目的在于提供一种用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，可以显著增强钽喷丝头的抗划伤、抗磨损的能力，提高钽喷丝头的使用寿命，同时，又可使钽喷丝头具有优良的可纺性，而能完全取代贵金属喷丝头，从而大大降低生产成本。
为了达到上述目的，本发明提供一种用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于包括以下的步骤
(a)将金属钽板加工制造成钽喷丝头；(b)渗氮对钽喷丝头进行渗氮处理，使用离子氮化炉，用钽喷丝头为阴极，炉温为500℃-1000℃，炉压为20-2000Pa，充入气体为氮气、氢气，氮气∶氢气＝2∶1至1∶10，渗氮0.5-6小时，使钽喷丝头表面形成渗氮层，钽喷丝头表面硬度达到Hv400-Hv1100；(c)镀膜将经渗氮处理过的钽喷丝头，采用熔盐电化学方法进行镀膜处理，使其生成一层含有钽酸锂的膜层；将钽喷丝头置于440℃-650℃的含氧无机锂盐或含氧无机锂盐与氢氧化锂的混合熔融物中，或其他盐与氢氧化锂的混合熔融液或其他锂盐与含氧盐的混合熔融液中，升压电流密度为1-1000毫安/厘米2，加1-35伏的阳极电压，恒压0.5-8小时，使钽喷丝头表面形成一层含有钽酸锂的膜；(d)抛光将步骤(c)处理过的钽喷丝头的出丝面进行抛光处理，磨去出丝面表面绝缘的含有钽酸锂的膜层，留下钽的过渡层。
所述的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于步骤(c)的镀膜工艺条件最好是温度为480℃～520℃，阳极电压5～25伏，升压电流密度5～20毫安/厘米2。
所述的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于在步骤(c)中可将超声波发生器设置于熔融液中。
本发明还提供一种用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于包括以下的步骤(a)将金属钽板加工制造成钽喷丝头；(b)渗氮∶对钽喷丝头进行渗氮处理，使用真空渗氮炉，将钽喷丝头置于密闭真空渗氮炉中，抽真空至10Pa～20Pa，加热至温度600℃～1000℃，充入氮气、氢气，氮气与氢气体积比在2∶1至1∶10之间，钽喷丝头在炉体中渗氮0.5-6小时，渗氮后钽喷丝头硬度在HV400～1100之间；(c)镀膜将经渗氮处理过的钽喷丝头，采用熔融电化学方法进行镀膜处理，使其生成一层含有钽酸锂的膜层；将钽喷丝头置于440℃-650℃的含氧无机锂盐或含氧无机锂盐与氢氧化锂的混合熔融物中，或其他盐与氢氧化锂的混合熔融液或其他锂盐与含氧盐的混合熔融液中，升压电流密度为1-1000毫安/厘米2，加1-35伏的阳极电压，恒压O.5-8小时，使钽喷丝头表面形成一层含有钽酸锂的膜；(d)抛光将步骤(c)处理过的钽喷丝头的出丝面进行抛光处理，磨去出丝面表面绝缘的含有钽酸锂的膜层，留下钽的过渡层。
所述的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于步骤(c)的镀膜工艺条件最好是温度为480℃～520℃，阳极电压5～25伏，升压电流密度5～20毫安/厘米2。
所述的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于在步骤(c)中可将超声波发生器设置于熔融液中。
本发明的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，采用表面渗氮技术，首先对加工好的钽喷丝头进行表面渗氮处理，然后将钽喷丝头置入熔融的含氧无机锂盐中，加阳极电压，使钽喷丝头表面生成一层足够厚的含有钽酸锂的镀膜层，所得镀膜层下的钽的过渡层硬度从原来的Hv400-Hv600提高到了Hv700-Hv1300，提高了Hv400～Hv600左右，显著增强了镀膜钽喷丝头的抗划伤、抗磨损的能力，提高了使用寿命。同时，不但保留了镀膜钽喷丝头的原来优良可纺性等优点，还发现纺丝对比试验表明，渗氮后镀膜的钽喷丝头的可纺性优于镀膜钽喷丝头，详见实施例表1的对比结果。产生这一良好结果的原因还有待研究，这一结果使之能完全取代贵金属喷丝头，从而大大降低生产成本，提高化纤质量。
图1是本发明的钽喷丝头的整体外观示意图。
图2是本发明的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法的流程方框图。
图3是本发明的钽喷丝头经渗氮后的微孔局部放大剖面示意图。
图4是本发明的钽喷丝头经抛光后的微孔局部放大剖面示意图。
具体实施方式
参照图2，本发明的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，实施例1的步骤如下步骤1、用现有技术将金属钽板加工制造成钽喷丝头，如图1所示，该钽喷丝头包括本体10，喷丝头出丝面11的外径为12mm，微孔12的数量为30个，微孔内径为0.083±0.001mm。
步骤2、渗氮采用北京生产的LD-25型离子氮化炉，用步骤1制作的钽喷丝头为阴极，炉温为800℃，炉压为800Pa，充入气体为氮气、氢气，氮气∶氢气＝1∶3，渗氮两小时，真空冷却至100℃取出，渗氮后制得钽喷丝头硬度HV500左右。如图3所示，钽喷丝头表面形成渗氮层20，内部是喷丝头钽基体21。
步骤3、镀膜在500℃熔融硝酸锂溶液中加10伏阳极电压，恒压反应6小时制得含有钽酸锂的镀膜层30，镀膜后微孔内径为0.08±0.001mm。
步骤4、抛光钽喷丝头出丝面11磨去钽喷丝头出丝面11的绝缘镀膜层30，留下过渡层40，如图4所示，过渡层40实际上是相当于镀膜后的渗氮层20的外层部分，过渡层40的硬度为HV870。
将上述已有技术中未进行渗氮的镀膜钽喷丝头与本发明的经渗氮的镀膜钽喷丝头在粘胶长丝进行纺丝对比试验，其结果如下表1，表1是已有技术镀膜与本发明的渗氮后镀膜两种钽喷丝头纺丝结果对比。表1
从表1可见，使用本发明的渗氮后镀膜的钽喷丝头纺丝，可令换头率、毛丝率降低，成品一等品率提高。此处的换头率指单位时间内需更换喷丝头的数量，毛丝率＝一个工作日内因为毛丝降低等级的丝的桶子数量/所生产的丝的桶子总量。
在钽喷丝头微孔制作过程中应考虑到生成含氧化合物膜层以后，膜层的厚度将使微孔变小，为了保证微孔在镀膜后的尺寸公差，微孔大小应预留膜层尺寸，以抵消膜的厚度，这个厚度通常是在1-5微米之间选择为合适，一般喷丝头面承受的纺丝压力小，可以选用较小的厚度，否则可选择较厚的尺寸。因为膜层厚，与其相对应的钽的过渡层也厚，喷丝头承受的压力也大。
步骤2可采用市面上有售的辉光离子渗氮设备进行，其中应注意以下几个工艺条件的控制钽喷丝头在渗氮炉中400℃开始吸收氮原子，钽喷丝头在氮气环境中400℃以上都能提高其硬度，1020℃-1200℃开始晶粒重组。炉温高，渗氮后喷丝头硬度高，氮原子的渗透深度也深，但炉温受到钽材料的重结晶温度的制约，钽金属在过高的炉温中晶粒重组后又长大，影响微孔及喷丝头表面光洁度，本发明的炉温可在500℃-1000℃间选择。
炉压高，喷丝头在真空渗氮炉中渗氮速度快，但影响炉中气体的电离电阻，炉压高电离电阻小，电离电阻过小容易引发短路电流，烧坏喷丝头，炉压低电离电阻大，升温慢，本发明的炉压可在20Pa-2000Pa间选择。
氮气、氢气使用比例，氮气比例高，其电离电阻小，升温速度快，渗氮速度快，电离电阻过小容易引发短路电流，烧坏喷丝头。氮氢比可在2∶1至1∶10间选择。
渗氮时间越长，氮原子渗入喷丝头越深，喷丝头硬度越高，渗氮时间太长则钽金属晶粒在重组后又长大，影响微孔及喷丝头表面光洁度，同时渗氮时间也受温度影响，温度越高，渗氮时间要相应减短；温度越低，渗氮时间要相应增长，渗氮时间可在0.2-6小时间选择。
钽喷丝头经渗氮后的硬度过高，则在后续的步骤3中，膜层生长缓慢，以及在镀膜处理以后，造成喷丝头表面光洁度差、微孔不圆等，钽喷丝头经渗氮后的硬度可在HV400-HV1100间选择。
离子渗氮时所用气体可为氮气、氢气、氨气、氩气以及甲烷、乙醇、乙炔、内酮等含碳气体。使用氮气、氢气工艺稳定，质量可靠。
所述步骤2，也可以采用其它渗氮技术进行，例如将钽喷丝头置于密闭真空炉中高温渗氮，即将喷丝头置于炉体中，抽真空至10Pa～20Pa，加热至温度600℃-1000℃，充入气体如氮气、氢气(氮气与氢气体积比在2∶1至1∶10之间)，喷丝头在炉体中渗氮0.5～6小时，渗氮后钽喷丝头硬度在HV400-HV1100之间。
钽喷丝头利用真空炉加热渗氮时所用气体可为氮气、氢气、氨气、氩气以及甲烷、乙醇、乙炔、丙酮等含碳气体。
因为离子渗氮能耗低，处理速度快，在强化金属件表面方面被广为采用。
所述步骤3中，电流密度可选择5-1000毫安/平方厘米及升压1-30伏的阳极电压，置于440℃-650℃的含氧无机锂盐(如硝酸锂，亚硝酸锂等)或其与氢氧化锂的熔融液或含氧无机盐中(如硝酸钾等)与锂盐(如氯化锂等)的混合熔融液中，或氢氧化锂与其他无机盐(如硝酸钾)等的混合熔融液中镀膜，采用混合熔融液可以比单独使用硝酸锂熔融液降低熔点和成本。
经研究发现，未渗氮的钽喷丝头，如在490℃的硝酸锂中加10伏阳极电压，反应3小时，所得膜层，经X光物相分析表明已有钽酸锂存在，在粘胶纤维生产中的纺丝表明可纺性优良。但经渗氮以后的钽喷丝头，在同样的条件下进行镀膜处理，虽然也在钽喷丝头表面生成了一层绝缘膜，但经X光物相分析表明，膜层成份为钽的氧化物，而没有钽酸锂的存在。而且，膜层的厚度也比前者薄得多，经化纤纺丝实践表明其可纺性不好。
进一步研究表明，渗氮后的钽喷丝头用上述电化学方法生成钽酸锂膜的条件，如果延长电化反应时间，也可以在渗氮的钽喷丝头表面生成含有钽酸锂的绝缘膜层。如在上述条件，钽喷丝头经渗氮后硬度为HV500，然后在500℃的硝酸锂中加10伏阳极电压，将反应时间由3小时延长到6小时左右，所得膜层，经X光物相分析表明其含有钽酸锂。磨去出丝而表面膜层后，留下的钽的过渡层硬度达HV870(测量时压重100克)而未渗氮的(同样条件)镀膜钽喷丝头的过渡层在HV500左右。
试验表明，为了获得含有钽酸锂的膜层，已渗氮的钽喷丝头的镀膜时间需较未渗氮的钽喷丝头延长1倍左右，其可纺性及表面硬度才能有良好的效果。
反应温度是生成钽酸锂膜的关键条件之一，低于440℃将得不到钽酸锂膜，但温度过高，反应速度快，膜层厚度不易控制，且膜的晶粒粗，光洁度低，因此，最高温度不超过650℃。而且熔液中需有氢氧化锂存在，因为，氢氧化锂的熔点高。
渗氮以后的钽喷丝头，经上述镀膜处理以后，磨去出丝面膜层后钽的过渡层的硬度，不仅比未渗氮的含有钽酸锂膜的钽喷丝头的硬度高得多，而且比渗氮后的钽喷丝头的硬度高得多，通常高HV200-300。
如图4所示，钽喷丝头经上述电化学反应镀膜处理以后，表面形成了镀膜层30，及镀膜层30下的钽金属过渡层40(即镀膜层下的一层钽金属，由于在高温下分子的扩散渗透和钽金属对气体的吸收而改性称为过渡层)，可统称为改性层。钽的过渡层40仍然和钽金属一样是导电的，但硬度、抗拉强度、弹性极限将有显著的增加，延展性减小。它从镀膜层30开始，呈梯度逐渐向钽金属过渡，过渡层40的厚度随工艺条件而变化。
电化学反应的温度、阳极电压与反应时间是决定镀膜层30及过渡层40的厚度的主要因素。通常温度升高，阳极电压升高，反应时间延长，改性层增厚，性能改变的幅度增大，如硬度、弹性、强度、绝缘等性能增加，延展性降低。但与此同时，也会使组成膜层的晶粒变粗，表面光洁度降低。虽然，表面光洁度并非是决定喷丝头可纺件的唯一因素，但表面过于粗糙，也在一定程度上影响喷丝头的可纺性。
通过降低反应温度，缩短反应时间，降低阳极电压可以适当提高光洁度，但这与提高强度、硬度等物理机械性能是矛盾的，下面是改善膜的光洁度的几个方法。
在较低的温度下(400℃-460℃)钽喷丝头表面电化反应生成一层膜，其光洁度较高，但改性较小，而在较高温度下(480℃-520℃)生成的膜，晶粒粗，表面光洁度较低，但改性较大，如两者结合起来，相互交替反应，所得到的膜层，其光洁度比单独在高温下反应所得膜层的光洁度要高，改性也大，如钽喷丝头先在440℃的硝酸锂中加15伏阳极电压反应3小时，然后再在520℃的硝酸锂中加15伏阳极电压恒压反应2小时，所得镀膜表面的光活度高于仅在一个条件(即520℃)下所得的镀，另一种情况是先在520℃的硝酸锂中加10伏阳极电压，恒压反应2小时，然后再在440℃的硝酸锂中加25伏的阳极电压，恒压反应2小时，其表面光洁度高于单独在高温下生成的膜。
众所周知，超声波应用于电镀工艺中，能使镀膜层的晶粒细化，表面光洁度增加，牢固程度也增加，在上述电化学反应的熔融液中，引入超声波振动，由于超声波的空化作用，能使坩锅内熔体成份及温度更加均匀以及使反应的气体得以及时排除，使膜层更加均匀牢固，同时还由于超声波的作用，能使晶粒细化，提高表面光洁度。
其设备最好采用效率较高的水冷却的磁致伸缩式换能器。超声波引入熔体的方式有两种一种是将超声发生器做成棒状，从反应的坩锅上部引入熔体中；另一种方式是把电化反应的坩锅做成发生器，从电化反应炉的下端引入，而前者较易实现，发生器的材料最好用镍或不锈钢，超声波发生器的频率可在22.5-27KHZ选择，功率大小则应根据坩锅大小及熔体的高度进行设计。
本发明提供的最佳工艺范围反应温度460℃-520℃，阳极电压5-25伏，升压电流密度5-20毫安/平方厘米。
所述步骤4的抛光是指由步骤3所得的高硬度镀膜钽喷丝头再进行抛光磨去钽喷丝头出丝面11的绝缘镀膜层30，留下导电的过渡层40，由导电的钽的过渡层40与微孔内的绝缘膜层形成的特殊的电极电位，可显著改善喷丝头的可纺性。对可纺性要求不高，但对喷丝头强度要求较高的纺丝，可以不磨去镀膜层30，而只稍加抛光即可。
钽与铌是共生金属，性能相近，但铌的抗腐蚀性能不如钽，做喷丝头的加工性能也不理想。但如果钽与铌形成钽铌合金，这两个缺点都可以得到很大的克服，且铌的价格也比钽便宜得多，钽铌合金喷丝头也可以采用本发明的上述方法，做成渗氮的镀膜的钽铌合金喷丝头，表面处理方法及工艺参数基本相同。
以下为本发明的第二实施例步骤1、用现有技术将金属钽板加工制造成钽喷丝头，如图1所示，该钽喷丝头包括本体10，喷丝头出丝面11的外径为12mm，微孔12的数量为30个，微孔内径为0.083±0.001mm。
步骤2、渗氮采用北京生产的LD-25型离子氮化炉，用步骤1制作的钽喷丝头为阴极，炉温为1000℃，炉压为1000Pa，充入气体为氮气、氢气，氮气∶氢气＝1∶3，渗氮两小时，真空冷却至100℃取出，渗氮后制得钽喷丝头硬度HV900左右。如图3所示，钽喷丝头表面形成渗氮层20。
步骤3、镀膜在500℃熔融硝酸锂溶液中加10伏阳极电压，恒压反应6小时制得含有钽酸锂的镀膜层30，镀膜后微孔内径为0.08±0.001mm。
步骤4、抛光钽喷丝头出丝面11磨去钽喷丝头出丝面11的绝缘镀膜层30，留下过渡层40，过渡层40实际上是相当于镀膜后的渗氮层20的外层部分，过渡层40的硬度为HV1024。
最终喷丝头微孔表面光洁，膜层致密。
将上述已有技术中制得的钽喷丝头毛坯及未进行渗氮的镀膜钽喷丝头与本发明的实施例1、2的经渗氮的镀膜钽喷丝头的硬度进行比较，其结果如以下的表2所示。
表2中本发明实施例1和实施例2的出丝面最终硬度为磨去表面绝缘镀膜后留下的钽的过渡层硬度。
表2中未镀膜渗氮钽喷丝头出丝面最终硬度为出丝面未经抛光的硬度。
表2(注所有硬度测量均采用压重100克)
本发明的经渗氮的镀膜钽喷丝头，其硬度比已有技术中未进行渗氮的镀膜钽喷丝头提高了Hv400～Hv600，从而大大提高了镀膜钽喷丝头的抗划伤、抗变形的能力，提高了喷丝头的使用寿命，同时又显著提高了镀膜钽喷丝头的可纺性。
权利要求
1.一种用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于包括以下的步骤(a)将金属钽板加工制造成钽喷丝头；(b)渗氮对钽喷丝头进行渗氮处理，使用离子氮化炉，用钽喷丝头为阴极，炉温为500℃-1000℃，炉压为20-2000Pa，充入气体为氮气、氢气，氮气∶氢气＝2∶1至1∶10，渗氮0.5-6小时，使钽喷丝头表面形成渗氮层，钽喷丝头表面硬度达到Hv400-Hv1100；(c)镀膜将经渗氮处理过的钽喷丝头，采用熔盐电化学方法进行镀膜处理，使其生成一层含有钽酸锂的膜层；将钽喷丝头置于440℃-650℃的含氧无机锂盐或含氧无机锂盐与氢氧化锂的混合熔融物中，或其他盐与氢氧化锂的混合熔融液或其他锂盐与含氧盐的混合熔融液中，升压电流密度为1-1000毫安/厘米2，加1-35伏的阳极电压，恒压0.5-8小时，使钽喷丝头表面形成一层含有钽酸锂的膜；(d)抛光将步骤(c)处理过的钽喷丝头的出丝面进行抛光处理，磨去出丝面表面绝缘的含有钽酸锂的膜层，留下钽的过渡层。
2.根据权利要求1所述的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于步骤(c)的镀膜工艺条件是温度为480℃～520℃，阳极电压5～25伏，升压电流密度5～20毫安/厘米2。
3.根据权利要求1或2所述的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于在步骤(c)中将超声波发生器设置于熔融液中。
4.一种用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于包括以下的步骤(a)将金属钽板加工制造成钽喷丝头；(b)渗氮对钽喷丝头进行渗氮处理，使用真空渗氮炉，将钽喷丝头置于密闭真空渗氮炉中，抽真空至10Pa～20Pa，加热至温度600℃～1000℃，充入氮气、氢气，氮气与氢气体积比在2∶1至1∶1O之间，钽喷丝头在炉体中渗氮0.5-6小时，渗氮后钽喷丝头硬度在HV400～1100之间；(c)镀膜将经渗氮处理过的钽喷丝头，采用熔融电化学方法进行镀膜处理，使其生成一层含有钽酸锂的膜层；将钽喷丝头置于440℃-650℃的含氧无机锂盐或含氧无机锂盐与氢氧化锂的混合熔融物中，或其他盐与氢氧化锂的混合熔融液或其他锂盐与含氧盐的混合熔融液中，升压电流密度为1-1000毫安/厘米2，加1-35伏的阳极电压，恒压0.5-8小时，使钽喷丝头表面形成一层含有钽酸锂的膜；(d)抛光将步骤(c)处理过的钽喷丝头的出丝面进行抛光处理，磨去出丝面表面绝缘的含有钽酸锂的膜层，留下钽的过渡层。
5.根据权利要求4所述的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于步骤(c)的镀膜工艺条件是温度为480℃～520℃，阳极电压5～25伏，升压电流密度5～20毫安/厘米2。
6.根据权利要求4或5所述的用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，其特征在于在步骤(c)中将超声波发生器设置于熔融液中。
全文摘要
一种用于湿法纺丝的钽喷丝头的表面处理方法，包括以下的步骤(a)将金属钽板加工制造成钽喷丝头；(b)对钽喷丝头进行渗氮处理，使用离子氮化炉，使钽喷丝头表面形成渗氮层；(c)将经渗氮处理过的钽喷丝头，采用熔盐电化学方法进行镀膜处理，使其生成一层含有钽酸锂的膜层；(d)将钽喷丝头的出丝面进行抛光处理，磨去出丝面表面绝缘的含有钽酸锂的膜层，留下钽的过渡层。本发明可以显著增加钽喷丝头的硬度，从而增强抗划伤、抗磨损的能力，提高钽喷丝头的使用寿命，同时，又可使镀膜钽喷丝头的可纺性有进一步提高，而能完全取代贵金属喷丝头，从而大大降低生产成本和提高化纤质量。
文档编号C23C8/24GK1428465SQ01144879
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者刘寓中 申请人:北京华宇创新科贸有限责任公司