一种掺钾钨阳极及其制备方法和应用与流程

本发明涉及短弧气体放电灯阳极材料，特别涉及一种掺钾钨阳极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、短弧气体放电灯，其中一类是充有氙气的电影放映机灯，另外一类是充有氙气和水银的半导体、pcb、lcd等行业用的曝光灯。

2、其中，短弧气体放电灯中包含一对阴极和阳极。工作时，阴极发射电子，产生电弧，阳极接受电弧轰击。短弧气体放电灯的功率通常比较大，阴极和阳极上都较大的热负荷，阴极和阳极的性能直接关系到灯泡的寿命，是非常重要的零部件。

3、本领域技术人员周知：如果钨阳极材料的密度偏低，致密性较差，将导致阳极的平均使用寿命较短。传统的采用粉末冶金法制备的纯钨阳极材料，其坯料采用高温烧结，密度一般在18.3～18.5g/cm3之间，致密性较差，阳极的平均使用寿命较短。为提高钨阳极材料致密性，本领域研发人员通过对纯钨阳极材料的加工工艺进行改进，可以提高纯钨阳极材料的致密性。

4、然而，由于阳极材料受电弧轰击产生热负荷，长期使用过程的温度约在3000℃；虽然纯钨阳极材料的致密性提高，使其使用寿命提升，但是，该阳极材料的组织结构在高温环境下不稳定，长期耐电弧轰击能力不佳。

5、为解决该问题，研发人员在原料中引入钾，以提升阳极材料在高温下的组织结构稳定性，但是由于粉末中钾的存在，后续烧结棒材的密度偏低，且棒材热变形加工性能变差，限制了掺钾钨材料制备获得高密度、高致密性的阳极材料；换句话说，即掺钾钨阳极材料的高温下组织结构稳定性与其高致密性难以兼具。

6、综上，如何通过配方设计和工艺设计配合，加工获得一种组织结构内含有钾和钾泡，组织结构在长期高温环境下稳定性良好，且材料的致密性高的掺钾钨阳极，正是本领技术人员致力于解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的现有技术的问题。本发明提供一种掺钾钨阳极的制备方法，其方案如下：

2、该掺钾钨阳极的制备方法，其包括以下步骤：

3、以掺钾钨粉为原料粉末进行冷等静压，制得压坯；

4、于氢气气氛中，将所述压坯在1900～2200℃下进行高温烧结，得到烧结棒坯；

5、采用快锻机对所述烧结棒坯进行开坯加工，而后进行多道次快锻加工，直至所述烧结棒坯的直径为(40～60)mm；然后采用旋锤机进行锻造加工，直至所述烧结棒坯的直径为(20～40)mm,得到锻造钨棒；

6、其中，按质量百分比计，所述掺钾钨粉的组分包括钾20～50ppm，余量为钨和不可避免的杂质。

7、在一些实施例中，将所述锻造钨棒依次进行线切割定长、去应用力退火、无芯磨、机加工和清洗，得到阳极半成品；将所述阳极半成品在1700～1900℃下进行高温退火，退火时间为(2～6)h,得到掺钾钨阳极成品。

8、在一些实施例中，所述掺钾钨粉由钾、钨和不可避免的杂质组成；其中，按质量百分比计，所述钾的质量含量为20～50ppm。

9、在一些实施例中，所述冷等静压的压力为(180～220)mpa，保压时间为(100～250)s。

10、在一些实施例中，于氢气气氛中，将所述压坯置于中频炉中，在1900～2200℃下进行高温烧结(10～48)h，得到直径为(80～150)mm的烧结棒坯。

11、在一些实施例中，采用快锻机对烧结棒坯进行开坯加工；其中，所述开坯加工的加工温度为1650～1700℃，所述开坯加工的道次变形量为20～35％；所述开坯之后，依次通过快锻机进行多道次快锻加工、通过旋锤机进行机锻造加工，得到锻造钨棒；其中，所述开坯之后，快锻温度和旋锤温度逐步降低，两道次之间的降温温度为(50～100)℃，直至最后道次的旋锤温度为1200～1400℃。

12、在一些实施例中，所述去应力退火温度为(1100～1400)℃，退火时间为(0.5～4)h；所述清洗工序采用超声波清洗；将所述阳极半成品置于真空炉中进行高温退火,得到掺钾钨阳极成品。

13、本发明还提供一种掺钾钨阳极，其采用如上所述的掺钾钨阳极的制备方法制得。

14、在一些实施例中，所述掺钾钨阳极的组分中的钾的质量含量为15～45ppm；所述掺钾钨阳极的密度大于19.10g/cm3，其内部金相组织为完全再结晶组织，且其内部存在钾泡。

15、本发明还提供一种如上所述的掺钾钨阳极在短弧气体放电灯领域的应用，所述掺钾钨阳极作为短弧气体放电灯的阳极材料使用。

16、基于上述，与现有技术相比，本发明提供的掺钾钨阳极，具有以下有益效果：

17、本发明提供的制备方法，通过原料粉末配方设计和工艺设计配合，制备获得的掺钾钨阳极，其组织结构内含有钾和钾泡，组织结构在长期高温使用环境下稳定性良好，且材料密度高，保持高致密性。

18、本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书中所指出的结构和/或组分来实现和获得。

技术特征：

1.一种掺钾钨阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的掺钾钨阳极的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的掺钾钨阳极的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的掺钾钨阳极的制备方法，其特征在于：所述冷等静压的压力为(180～220)mpa，保压时间为(100～250)s。

5.根据权利要求1所述的掺钾钨阳极的制备方法，其特征在于：于氢气气氛中，将所述压坯置于中频炉中，在1900～2200℃下进行高温烧结(10～48)h，得到直径为(80～150)mm的烧结棒坯。

6.根据权利要求1所述的掺钾钨阳极的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求2所述的掺钾钨阳极的制备方法，其特征在于：所述去应力退火温度为(1100～1400)℃，退火时间为(0.5～4)h；

8.一种掺钾钨阳极，其特征在于：采用如权利要求1-7任一项所述的掺钾钨阳极的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的掺钾钨阳极，其特征在于：所述掺钾钨阳极的组分中的钾的质量含量为15～45ppm；

10.一种掺钾钨阳极在短弧气体放电灯领域的应用，其特征在于：所述掺钾钨阳极作为短弧气体放电灯的阳极材料使用；

技术总结
本发明涉及短弧气体放电灯阳极材料技术领域，特别涉及一种掺钾钨阳极及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：以掺钾钨粉为原料粉末进行冷等静压制得压坯；于氢气气氛中，将压坯进行高温烧结得到烧结棒坯；采用快锻机对烧结棒坯进行开坯加工，而后进行多道次快锻加工；然后采用旋锤机进行锻造加工，得到锻造钨棒；将锻造钨棒依次进行线切割定长、去应用力退火、无芯磨、机加工和清洗，得到阳极半成品；将阳极半成品进行高温退火,即得。本发明制得的掺钾钨阳极，其组织结构内含有钾和钾泡，组织结构在长期高温使用环境下稳定性良好，且材料密度高，保持高致密性。

技术研发人员：郑艾龙,蔡坤星,赖飞龙,林峰,罗建霞
受保护的技术使用者：厦门虹鹭钨钼工业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24