一种金刚线母线用钨合金丝材及其制备方法

本发明涉及硬质硅料切割线材，具体涉及一种金刚线母线用钨合金丝材及其制备方法。

背景技术：

1、金刚线的技术性能直接影响硅片质量及光伏组件制造成本，是光伏企业降本的核心技术环节。一般来说，直径越细、强度越高、断线率越低、破断力越高的金刚线，切割出来的硅片质量越好、良品率越高、厚度越小，而且在切割过程中硅料损耗率越低，进而能为硅片生产企业带来更多的利润。当前已量产金刚线母线基本上采用92碳或100碳，但由于直径变细，碳钢原料由于夹杂、经理不细致、强度不够等缺陷，导致客户端断丝偏高和切割力弱的问题，即使采用超强度碳钢，也无法满足行业需求，寻找其他材质母线对金刚线切割意义重大。

2、钨丝凭借较高的熔点、较好的柔韧性、较大的抗拉强度、较强的抗疲劳能力、耐高温、耐腐蚀和耐氧化以及断线率低等优点，而且钨丝具备更大的细线化空间，理论上可下降至30μm以下，深受广大金刚线母线的青睐，未来有望大面积取代高碳钢丝，在行业内备受瞩目。

3、譬如，公开号为cn113215463b的专利申请文件公布了一种钨与钇的氧化物的钨合金线材，通过钇的氧化物掺杂从而获得具有超高强度且具备良好韧性的合金线材，该技术将钨与钇通过液液掺杂、固液掺杂和固固掺杂等方式获得掺杂钇的氧化物钨粉，然后还原成合金粉，通过等静压、预烧、烧结、多辊轧机开坯、多道次旋锻、拉拔获得钨合金线材。该专利通过控制掺杂时的工艺获得粒径细小、分布均匀的钇的氧化物，通过多辊轧制方式对合金材料的深度变形加工带动钇的氧化物弥散颗粒的细化变形，从而提高钨丝的强度和韧性，最终制备的钨合金线材抗拉强度最高可达6510mpa。

4、公开号为cn115679174a的专利申请文件公布了一种超强钨丝，通过弥散第二相(稀土氧化物、氧化锆、氧化钛中的一种或多种)和固溶强化相(铼、钼、铪、铌、铁、钴中的一种或多种)的作用，该技术是基于细晶强化、弥散强化和固溶强化的复合思路，通过碳源作为形核中心还原制备纳米级钨粉和弥散第二相，以及铼元素的优异的“铼效应”，大幅提升了合金丝的破断力，制备的钨丝线径在37μm以下，抗拉强度高于5200mpa，最优成分可到7200mpa。

5、公开号为cn114211049a的专利申请文件公开的技术方案通过在钨丝中掺杂铼或/和镧来提高钨丝的抗拉强度，通过对混合粉进行两次还原、等静压成型、预烧结、锤熔烧结、旋锻开坯、退火和连续旋锻、拉拔最终获得30～50μm的钨丝合金线，强度≥5100mpa(5100～5800mpa之间)。该技术是通过液液掺杂re、la稀土元素，进而降低金属析出晶粒尺寸，使组织更加致密，综合提升钨丝的强度和塑性，使得钨丝具备细直径下高抗拉强度和柔韧性。

6、以上现有技术制备的高强钨丝的抗拉强度大多在5000～6000mpa之间，最优也只能达到7200mpa，还不能满足更高要求，因此，如何进一步提高高强钨丝的抗拉强度是亟待解决的技术壁垒。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种金刚线母线用钨合金丝材及其制备方法，以解决现有技术不能进一步提高钨丝抗拉强度的技术难题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种金刚线母线用钨合金丝材，以氢化物、碳、钨粉为原料或者碳化物、钨粉为原料制成；

4、以氢化物、碳、钨粉为原料时，氢化物占物料总质量的百分比为0.80～7.50％，所述氢化物为hfh2、tah、tih2和zrh4中的一种或者多种，氢化物的粒度为0.5～1.5μm；所述碳为碳粉或碳纳米管，所述碳粉或碳纳米管的粒度≤1.0μm，且碳占物料总质量的百分比为0.10～1.5％；余料为钨粉，且钨粉的原料粒度≤3.0μm；

5、以碳化物、钨粉为原料时，所述碳化物为tic、zrc、tac、hfc的一种或者多种，碳化物的粒度为0.5～1.0μm，且碳化物占物料总质量的百分比为1.0～8.0％；余料为钨粉，且钨粉的原料粒度≤3.0μm。

6、一种金刚线母线用钨合金丝材的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)混合：将氢化物、碳、钨粉或将碳化物和钨粉混合均匀获得钨合金粉

8、(2)冷等静压：将步骤(1)获得的钨合金粉采用冷等静压压制得到压坯；

9、(3)烧结：采用中频烧结炉对步骤(2)所得压坯进行预烧结，然后继续升温至目标温度进行烧结致密化处理，获得烧结坯条；

10、(4)开坯、拉拔：将得到的烧结坯条进行多道次旋锻开坯或者多道次轧制开坯，最后进行拉拔，中间配合多道次的退火，获得直径为20～45μm的高强度钨丝。

11、进一步地，步骤(1)中采用球磨机、三维混料机、螺旋混料机、v型混料机、双锥混料机以及快速混料机中的一种进行混合，混合过程中，通入氩气保护，混合机转速为200～500r/min，混合时间为24～36h。

12、更进一步地，采用球磨机时，球料比为3∶1～6∶1。

13、进一步地，步骤(2)中，冷等静压的压力为150～300mpa，保压时间为60～200s。

14、进一步地，步骤(3)中，预烧和烧结均是在氢气气氛下进行，预烧结温度为1300～1500℃，保温时间为150～180min；烧结温度为2100～2300℃，保温时间为4～6h。

15、综上所述，相比于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：

16、本发明可以采用多种方式将金属钨粉、氢化物和碳或者碳化物粉末进行混合，混合过程中在高速旋转的作用下，一方面使原始钨粉的团聚消失，另一方面使合金粉均匀和细化；通过碳化物(tic、zrc、tac、hfc)或者氢化物和碳形成的碳化物的弥散强化、细晶强化来增强钨丝的强度，最终制备了粒径20～45μm的高强度钨丝，抗拉强度最高可达8600mpa。

技术特征：

1.一种金刚线母线用钨合金丝材，其特征在于，以氢化物、碳、钨粉为原料或者碳化物、钨粉为原料制成；

2.一种如权利要求1所述的金刚线母线用钨合金丝材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.如权利要求2所述的金刚线母线用钨合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中采用球磨机、三维混料机、螺旋混料机、v型混料机、双锥混料机以及快速混料机中的一种进行混合，混合过程中，通入氩气保护，混合机转速为200～500r/min，混合时间为24～36h。

4.如权利要求3所述的金刚线母线用钨合金丝材的制备方法，其特征在于，采用球磨机时，球料比为3∶1～6∶1。

5.如权利要求2所述的金刚线母线用钨合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，冷等静压的压力为150～300mpa，保压时间为60～200s。

6.如权利要求2所述的金刚线母线用钨合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，预烧和烧结均是在氢气气氛下进行，预烧结温度为1300～1500℃，保温时间为150～180min；烧结温度为2100～2300℃，保温时间为4～6h。

技术总结
本发明公开了一种金刚线母线用钨合金丝材及其制备方法，涉及硬质硅料切割线材技术领域，以氢化物、碳、钨粉为原料或者碳化物、钨粉为原料制成；以氢化物、碳、钨粉为原料时，氢化物占总质量的百分比为0.80～7.50％，所述氢化物为HfH<subgt;2</subgt;、TaH、TiH<subgt;2</subgt;和ZrH<subgt;4</subgt;中的一种或者多种，氢化物的粒度为0.5～1.5μm；所述碳为碳粉或碳纳米管，所述碳粉或碳纳米管的粒度≤1.0μm，且碳占总质量的百分比为0.10～1.5％；以碳化物、钨粉为原料时，所述碳化物为TiC、ZrC、TaC、HfC的一种或者多种，碳化物的粒度为0.5～1.0μm，且碳化物占总质量的百分比为1.0～8.0％，钨粉的原料粒度≤3.0μm。

技术研发人员：宋久鹏,史巾搏
受保护的技术使用者：西华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15