鉭絲生產中常見質量缺陷成因分析

童澤堃，李樹榮

（1.寧夏東方鉭業股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000；2.西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司稀有金屬特種材料國家重點實驗室 寧夏 石嘴山 753000）

鉭絲生產工藝路線最終用途的不同，可以采用電子束熔煉錠來制坯，還可以采用粉末冶金方法來制取，目前的粉末冶金方法因為其成本低、損耗小，成材率高被作為制作電容器級鉭絲的首選。粉末冶金法生產鉭絲的工藝路線一般為：鉭粉→等靜壓成型棒坯→燒結→軋制→退火→多次拉拔→清洗→精繞→檢驗發貨[1]。生產過程中常見的質量缺陷主要有：表面毛刺（坑點）、表面溝槽、表面黑道（黑點）、表面熔、涂層顏色異常、拉絲波紋、平直度差等。產生質量缺陷的因素繁多，一些可以通過過程控制，把缺陷因素控制在一定的范圍，而一些卻難以實現穩定值，而是隨著原料用粉構成、季節等都有反復的增減，形成了缺陷的主因，本文在全面了解眾多缺陷因素外，欲通過分析找出造成主因的關聯因素，把指標降低或控制在一定的范圍[2]。

1 鉭絲表面毛刺（坑點）

毛刺是絲材加工中出現的較為常見的質量缺陷，通常毛刺與坑點是伴生出現。生產加工過程中通過采用兩輥不可逆孔型縱軋方式，鉭棒由開坯到中軋、成品軋制，中間經過三個不同尺寸軋機完成，孔型采用型設計，每孔型道次加工率大約為5～30%。在加工中加工件表面質量與加工中孔型的充盈、軋輥錯輥，輥縫的間隙等都有直接關系，經常會產生軋制中常說的“耳子”，這些問題的產生再經過反復軋制后包裹在一起，在后期拉拔中呈現出來，這是產生毛刺的直接因素（圖1）。所以，過程中修料和成品酸洗是降低毛刺的有效措施之一。

圖1 200倍表面毛刺（坑點）SEM圖片

圖2 鉭粉比例不同帶來 軋制開坯的開裂

另外，在鉭絲原料的調配上也是影響毛刺的重要組成部分，一般鉭絲用鉭粉調配是由三種粉構成：原粉或熱處理粉、等靜壓粉、氫化粉。這三者調制的比例決定了鉭絲用粉的松裝密度、平均粒徑以及燒結棒燒后密度，由于這三種粉的使用的比例對成本的降低影響很大，所以，這三種粉使用比例將長期存在且隨著三者占比的不同，直接表現的就是軋制中開裂現象（圖2）。在實際工作中評判調配的原料除了雜質含量外，還有松裝密度是否合適，松比小的流動性差，在裝粉時包套的氣體不易排出，單根重量難以保證，松比過大，同樣難以裝包套成型，影響成型后的鉭坯料需要的幾何尺寸、單根重量等，進而不能滿足燒結工藝控制尺寸要求[3]。往往在此期間，這些不滿足的因素會在燒制過程中會產生許多缺陷，如條熔斷、碰保溫套、端頭熔斷等。而這些缺陷處理不當進入生產線，對后期加工帶來毛刺和空心以及開裂。

2 鉭絲表面溝槽

生產過程中出現表面溝槽，作為鉭電容陽極引線是致命的，若表面粗糙或有傷痕，在生產和浸漬硝酸錳時，可能因毛細管作用而爬升（而后二氧化錳沉積在引線上），尤其鉭絲通過爬酸試驗驗證絲材表面的光潔度。造成表面溝槽的成因很多（圖3）。就目前鉭絲的生產工藝而言，可以分為軋制過程；表面處理；模具的修制；拉拔過程；不經意間人為等造成；而往往形成連續單面溝槽的可能性是拉絲所致，拉絲模具的中心線與絲材不能形成垂直，有時呈現出了切線角度，模具與絲材在拉拔過程中受力不均勻，影響潤滑效果，會使單面磨損嚴重造成拉拔溝槽[4]。

3 鉭絲表面黑道、黑點

對于現有的工藝，表面黑道黑點的產生在軟態絲體現的較為明顯，換句話講，鉭絲在通過熱處理爐連續退火，在經過密繞后表面不時出現黑點和黑道（圖4）。這一問題的出現與不同的鉭絲表面處理方式殘留物及潔凈程度有直接關系，近期在研究中發現，黑點黑道與原料的化學雜質的含量也有關系[5]。

圖3 鉭絲200倍下的SME表面溝槽

圖4 鉭絲表面的黑道黑點

4 鉭絲表面熔

所謂表面熔也都發生在軟態絲表面的質量表征，在放大鏡下可以看到連續的坑點，分析原因為熔表面聚集大量Fe的存在，在經過1500℃～2000℃度穩定處理情況下，富集表面的Fe熔化，形成了連續坑點，究其主因是鉭粉原料在生產過程中Fe的存在，在制粉中磁選不充分，致使Fe含量過高，后期加工導致“表面熔”的主要成因之一（圖5）。

圖5 鉭絲表面熔

5 鉭絲表面涂層顏色異常

這種異常大多體現在軟態絲上，而出現的這一因素的原因是由本身的工藝決定的。在拉拔前要通過退火消除加工硬化并凈化絲材表面，再經過表面處理形成保護膜，便于后期的粗拉，后再經過清洗后退火，經過表面處理再次形成滿足拉拔的保護膜。形成顏色的問題，就是在加工中，絲材表面不潔凈，退火后的絲材表面不注意保持潔凈，在經過一定溫度的表面處理，表面顏色就會與潔凈表面有了差異，這種差異在成品退火密繞后方能察覺。此外，顏色的異常與中間退火的溫度也密不可分，當退火溫度低時，成卷的絲材在退火爐內經過輻射加熱時，絲材表面的氧化膜或污物揮發不徹底，在后期保護膜形成不利，造成表面顏色異常的幾率增加。

6 退火后鉭絲彎曲

這里所說的退火后彎曲，是指成品在連續退火爐內按照用戶要求控制力學性能（機械強度、延伸率），在收線盤上形成的不間斷的彎，這種彎的形成與放線、收線以及上道工序——清洗的收線質量有關（是否收線到邊，是否夾絲等）。為避免問題的發生，通常在每一層收線的收線盤上鋪墊紙張進行分層，消除退火彎的形成幾率。

7 拉絲波紋

這種缺陷的形成主要是拉拔在長期連續拉拔過程中收線轉股表面形成了拉拔溝槽及張力擺桿不匹配，在后期未檢查到或為調整到繼續拉拔就產生波紋，另一方面，拉拔過程中成品模具的放置角度異常也會有波紋產生。

8 線徑與繞線直度差

通常體現在絲徑較細且硬態產品中。絲徑越細，在電容器成型過程中，壓制陽極塊易碰彎，為此，使用較硬的鉭絲，實際上也是趨勢，但直徑越細，越硬，就越難控制和矯直，越硬也使成型切斷刀片更快變鈍，但硬絲比軟絲易于清洗，切口平滑。在成型過程中，鉭絲需要有相當的垂直度，便于壓入鉭塊中心，電容器廠家對鉭絲的曲率要求很嚴，為達到要求，在絲材生產各工序都很仔細，特別是對精繞過程，硬態絲比軟態線難以矯直，所以，給鉭絲生產帶來困難，因為，細鉭絲是在張力下纏繞在較小直徑的線盤上，一些殘余曲率是不可避免的，特別是長期儲存情況下，會出現曲率增大，甚至亂絲，造成質量問題。

9 結語

鉭絲按現有的工藝生產，出現上述眾多質量問題，經過長期的實踐證明，這些質量的存在是不可避免的，有些是伴生存在的，出現上述問題原因是復雜的。近幾年，由于市場價格成為了競爭的重要原因，鉭絲逐漸向高品質低成本的格局邁進，如增加成本低的鉭粉比例、減少鉭粉過程處理的程序、減少原料在生產中的損耗等手段，以此降低鉭絲原料成本，提高鉭絲市場競爭力，這些新變化都是造成上述質量的原因，也是不可預見的質量隱患。這些質量問題的產生是不可規避的，在進行嚴格控制的前提下，各項質量缺陷產生的幾率都會有所降低，但欲徹底改變或杜絕是不可能的，在一定時期這些質量缺陷最終形成一個相對穩定的比例，才構成了現有鉭絲的成材率和總收率相對穩定的指標。