Mo－Al摻雜鉬絲電解清洗質量分析

卜春陽，孟慶樂，王快社，武 洲 (.西安建筑科技大學，陜西西安70055)

(2.金堆城鉬業股份有限公司技術中心，陜西西安710077)

(3.金堆城鉬業光明(山東)股份有限公司，山東淄博255300)

0 前言

鉬是一種高熔點(2 622℃)、高密度(10.2 g/cm3)的稀有難熔金屬，具有熔點高、導電性能好、高溫強度和硬度較好、在各種介質中的抗腐蝕性能強等優異特性。鉬絲作為一種重要的金屬材料，已被廣泛應用于航空航天、冶金化工、機械電子、汽車制造等領域，按其具體用途可分為噴涂鉬絲、加熱爐鉬絲、電光源鉬絲、電子器件鉬絲、線切割鉬絲等。隨著制燈設備與技術的進一步提高，特別是90年代先進的自動化制燈設備的引進，迫切需要鉬絲生產廠家提供清洗的、經直化處理的白鉬絲。某些國外客戶還需要符合規范抗拉強度及延伸率的鉬絲，和具有高延伸率的直化白鉬絲，滿足自動化生產設備的需要。添加微量Si、Al、K等元素的鉬絲近幾年在特種燈具中得到了廣泛的應用，客戶的常用規格為Φ0.40 mm～Φ0.80 mm的鉬鋁摻雜白鉬絲，本文結合工廠的鉬絲電解洗白生產工藝，介紹了鉬鋁白鉬絲的電解清洗工藝路線，列舉了客戶在使用Φ0.80 mm鉬鋁絲白化過程中遇到的質量問題和產品缺陷，對影響白鉬絲表面質量、力學性能及高溫性能的主要因素進行綜合分析，并提出具體的改進措施。

1 工藝路線與方法

1.1 鉬絲表面清洗的目的和方法

鉬絲表面清洗的目的是為了使鉬絲的表面光潔、除去劃痕和污染表面，以便降低塑－脆轉變溫度和提高鉬絲的綜合質量，制備出符合客戶要求的白鉬絲。清除附在鉬絲表面的黑色氧化物，使之表面清凈光亮，有多種方法，但對繞在塑膠盤上的鉬絲來說，其單重均大于4 kg，長度比較長，只能采用連續的電解清洗工藝生產白鉬絲。，用交流電源進行電解清洗的基本原理是：當鉬絲處于電流的正半周作為陽極時，產生下列反應：

2OH－－2e→H2O+［O］Mo+3［O］→MoO3

即鉬絲表面被氧化生成三氧化鉬；當鉬絲處于電流的負半周為陰極時，將產生如下反應：

Na++e→Na

2Na+2H2O→NaOH+H2↑

總反應式為：

MoO3+2NaOH→Na2MoO4+H2O

鉬絲表面的氧化鉬與溶液中的氫氧化鈉反應生成可溶性的鉬酸鈉。同時，在反應中析出的氫氣有一定的壓力，有利于疏松鉬絲表面的氧化鉬，使之容易從鉬絲表面脫落，從而形成鉬絲表面潔凈。

鉬絲電解清洗時，若采用直流電源，則在陽極上產生如下反應：

2OH－－2e→H2O+［O］3［O］+Mo→MoO3

鉬絲表面被氧化成氧化鉬。由于下半周期電流為零，這時，溶液中的氫氧化鈉和氧化鉬可以充分反應，把陽極上的氧化鉬變成可溶性的鉬酸鈉而進入溶液。

1.2 鉬鋁鉬絲表面清洗的工藝路線

由于電解清洗會造成鉬絲直徑的減小，為了制備出Φ0.70 mm和Φ0.80 mm的鉬鋁白鉬絲，本文選擇Φ0.72 mm和Φ0.82 mm的鉬鋁黑鉬絲為原料，采用氫氧化鈉溶液電解清洗后直接氫氣保護高溫退火的連續方式進行生產工藝，制備符合客戶抗拉強度和延伸率要求的鉬鋁白鉬絲。其工藝流程如圖1所示。

圖1 電解清洗法生產白鉬絲的工藝路線

1.3 鉬鋁摻雜白鉬絲技術要求

鉬鋁白鉬絲主要應用于電光源照明行業，對技術指標有較高的要求。表1是照明用Φ0.70 mm和Φ0.80 mm鉬鋁白鉬絲的技術要求。

表1 Φ0.70 mm和Φ0.80 mm鉬鋁白鉬絲性能指標要求

2 實驗部分

按照圖1工藝流程進行實驗，以Φ0.82 mm鉬鋁黑鉬絲為原料，采用氫氧化鈉溶液通電電解后對鉬絲進行高溫退火的方法制備出滿足客戶力學性能要求的鉬鋁白鉬絲，并對客戶在使用過程中遇到的問題鉬絲產品進行了電子掃描電鏡和能譜檢測，對影響白鉬絲表面質量、力學性能及高溫性能的主要因素進行綜合分析，并提出具體的改進措施。

3 分析討論

3.1 鉬鋁白鉬絲力學性能分析

以Φ0.82 mm鉬鋁黑鉬絲為原料，按照圖1工藝流程進行實驗，制備出了白鉬絲產品，表2是部分Φ0.80 mm鉬鋁白鉬絲的抽檢結果。

表2 Φ 0.80 mm鉬鋁白鉬絲抽檢結果

將表2的抽檢結果與客戶的性能指標要求進行對比后，可以發現電解清洗后，鉬鋁白鉬絲的力學性能完全符合客戶的要求，這也充分證明實驗采用的電解清洗工藝是可行的。

3.2 電子掃描電鏡分析

通過目測客戶反饋的問題鉬絲的外觀質量，可以明顯地發現整卷鉬絲表面粗糙，有大量的亮斑和少量的點蝕黑點，不論是亮斑和黑點處都有小坑存在。通過電子掃面電鏡照片(圖2a～圖2d)可以明顯地看到，在亮斑和黑點處鉬絲的表面凹凸不平，還存在一定數量的微氣孔，這在燈具行業中是致命的缺陷。

由于鉬鋁白鉬絲是在特種的高檔燈具中使用，其作用有兩個，其一就是作為耐高溫的導體，起到導電的作用，其二是與玻璃緊密連接在一起，防止空氣進入到燈具內部，起到密封的作用。鑒于上述原因是不允許鉬絲表面存在凹坑和孔洞的，那樣將會極大地降低燈具的使用壽命。

通過分析鉬絲的加工過程和白鉬絲的生產工藝流程，我們認為造成鉬鋁白鉬絲表面出現凹坑和孔洞的主要因素是黑鉬絲的表面存在毛刺缺陷，這些毛刺在電解清洗的過程中由于“尖端放電”效應造成局部溫度過高，毛刺被燒融從而遺留下小坑，造成鉬絲表面粗糙，影響客戶的最終使用。鑒于此，應當從原材料、加工工藝和拉絲模具方面著手工作，生產出無毛刺等缺陷的黑鉬絲，為電解清洗工序提供可靠的原料保障，減少以致于杜絕白鉬絲表面出現凹坑和孔洞等缺陷。

3.3 電子能譜分析

在小坑中不同程度地發現了W元素超標，這與鉬絲存在毛刺以及白化工藝中使用鎢絲棉有直接關系，鉬絲材料中的 W元素是不超標的，通常在150 mg/kg以內。有些小坑還發現了C、O等雜質元素超標，與電解清洗工藝有關。圖3a～圖3d是部分小坑的電子能譜分析圖。

4 結論及改進措施

針對以上問題，準備采取以下措施進行改進：

(1)穩定棒料質量和熱開辟工藝，防止出現毛刺等缺陷。

(2)白鉬絲出現的小坑、表面粗糙等問題，與拉絲模具有很大關系，過渡模具的良好狀況對成品表面質量的影響很大，模具缺陷對絲材造成的影響會帶至成品規格，所以，再次作業時應強制對拉拔模具拋光處理，確保黑鉬絲表面質量良好。

(3)控制好石墨乳的質量，保證鉬絲加工過程的中潤滑狀態，防止表面劃傷和氧化。

(4)尋找一種導電材料替代現有的鎢絲棉，防止帶入外來的污染。

(5)在線退火處理。在電解清洗前實施高溫在線退火，一方面可以凈化鉬絲表面缺陷如劃痕、小毛刺等，去掉了鉬絲表面的含碳層，顯著降低了表面色差，表面形成新的氧化層，提高了表面光潔度，從而降低了鉬絲的塑脆轉變溫度；其次，由于出口氣流大，一部分氧化物被吹走，留在表面的是比較致密的褐紅色氧化物，這種顏色正適合石墨乳的涂覆。

影響鉬鋁白鉬絲表面質量的因素很多，但是無外乎是原材料、加工工藝、電解清洗工藝及輔助材料等因素，通過在生產過程中根據不同的情況采取相應的措施，就一定能夠生產出表面質量良好、符合客戶要求的鉬鋁白鉬絲。

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