退火态钽丝表面熔化机理的研究

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.10.018退火态钽丝表面熔化机理的研究解永旭，万庆峰，张晓，方张宏 （宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏石嘴山 753000）摘要：通过电子探针微区分析，研究钽丝内部的金属杂质铁对退火态钽丝表面的影响。结果表明，钽丝中低熔点金属的存在能导致退火态钽丝的表面熔化，确定了钽丝用钽粉中的铁含量的技术指标，并通过严格的过程控制，降低了退火态钽丝表面熔化的程度。关键词：退火；钽丝；杂质；表面熔化；机理中图分类号：TG146.4+16文献标识码：A文章编号：1007-7545（2012）10-0000-00Study on the Mech

2、anism of Surface Melting for Annealing Tantalum WireXIE Yong-xu, WAN Qing-feng , ZHANG Xiao FANG Zhang-hong(Ningxia Orient Tantalum Industry Co., Ltd, Shizuishan 753000, Ningxia, China)Abstract: The effect of internal iron impurity on surface of annealing states tantalum wire was investigated throug

3、h analysis on electronic probe tiny area. The results show that the metal with a low melting point inside the annealing state tantalum wire can lead to melting on the surface of wire, the iron content in raw material, i.e. tantalum powder, is determined, so the melting on the surface of annealing st

4、ate tantalum wire is reduced through a strict process control.Key words: annealing; tantalum wire; impurity; surface melting; mechanism钽金属经阳极氧化后，表面可以形成致密、稳定、介电常数高的无定形氧化膜，可以制作成体积小、容量大、可靠性高、寿命长、耐压性好、功能稳定的电容器，所以被广泛于电容器领域 1。钽丝表面质量的好坏直接影响电容器的漏电流2，而漏电流性能是电容器的一个关键、重要的指标，尤其在有机电容器中，电流会从钽丝表面缺陷处通过，导致漏电流过大，甚至失效

5、或报废，因此研究退火态钽丝表面熔化机理是非常必要的。1 试验部分1.1 工艺过程将冶金级钽粉在V型混料机中充分混匀后分别装入包套，等静压成烧结坯条，最高压力240 MPa，保压时间0.5 h；然后在2 2002 600 真空垂熔烧结3 h，将烧结后的钽条切去端头，用D30D2mm孔型的轧机将钽条轧制至成断面为2 mm规格；然后用H2SO4HNO3HF=533（体积比）的混合酸酸洗；真空成卷退火，表面处理后，用多模连续拉丝机拉拔至1.0 mm、0.6 mm，清洗表面油污后继续在真空热处理炉中进行不同温度的成卷退火。然后经过表面处理再连续拉拔至0.5 mm的成品钽丝，继续清洗表面油污后的钽丝要经过

6、连续走线式退火方式消除加工应力。从上述工艺流程可以看出：在整个工艺过程中没有接触低熔点金属的过程，因此试验将降低金属铁含量的过程设定在原料钽粉成型前的分析和控制上。1.2 试验方案采用两种不同铁含量的冶金用钽粉为原料（Sy-1含铁16×10-6，Sy-2含铁78×10-6），杂质含量（×10-6）：Cr 56、Nb<30、Mo<10、Cu<5。通过以上工艺过程加工成相同规格的钽丝，经过连续退火（1 6001 900 ）后观察钽丝表面。用显微镜进行观察并对产品表面熔化处和非熔化处进行电子探针分析。2 结果与讨论2.1钽丝表面熔化缺陷的统计采用Sy-

7、1和Sy-2钽粉用相同工艺分别拉制了8根相同规格的钽丝，根据目测统计结果，采用Sy-2的钽粉拉制的8根丝中有5根出现了表面熔化缺陷，而Sy-1拉制的8根丝没有一根出现表面熔化。2.2对钽丝表面熔化部分的微区分析2.2.1 SEM形貌金属钽丝表面熔化部位的SEM形貌照片如图1。收稿日期：2012-08-02作者简介：解永旭(1972-)，男，青海湟中人，工程师，学士. (a) Sy-2表面熔化部位 (b) Sy-1正常表面图1 钽丝表面SEM形貌Fig.1 SEM microstructure of tantalum wire surface(a) surface melting in Sy-2

8、;(b) normal wire surface of Sy-1从图1可知，采用Sy-2钽粉拉制的钽丝表面出现了严重的熔化缺陷，而Sy-1拉制的钽丝表面非常光滑、均匀。2.2.2 能谱分析对退火后的钽丝表面进行形貌及能谱分析，结果见图2。(a) Sy-2表面熔化最严重部位(b) Sy-2表面微熔化处(c) Sy-1正常表面图2钽丝表面的SEM形貌及能谱图Fig.2 SEM microstructure and electronic probe energy spectrum of tantalum wire surface(a) most serious surface melting par

9、ts in Sy-2; (b) surface mild melting parts in Sy-2; (c) normal surface in Sy-1图2中表面严重熔化部位、微熔化部位以及正常表面部位的能谱分析结果表明，图2a钽丝表面熔化最严重部位的铁含量非常高（55.21%），而图2b钽丝表面微熔化部位存在杂质铁，但铁含量略低一些（34.73%）。图2c钽丝表面没有出现熔化，该部位不存在夹杂的铁含量，虽然存在微量的铜元素，但也没有引起钽丝表面的融化。上述现象产生的主要原因是低熔点金属杂质铁、铜等以游离态形式存在，在高温退火过程中容易发生熔化，从而在钽丝表面形成熔化痕迹4。而非金属掺杂元

10、素的加入会起到固溶强化、弥散强化和细晶强化作用，尤其是掺杂硼元素还会起到细晶韧化的作用3，但对钽丝表面不会产生熔化缺陷。电容器级钽丝制造使用的原材料冶金用钽粉中的存在一定含量的低熔点金属铁（一般铁含量超过30×10-6）5，在钽丝高温退火过程中容易发生熔化，从而在钽丝表面形成熔化痕迹，造成退火态钽丝表面出现熔化缺陷。3 结论原料钽粉中的微量金属铁在钽丝高温退火时熔化造成了退火态钽丝表面出现熔化缺陷。因此，在钽丝制造中，通过控制原材料钽粉中铁的含量以及严格的过程控制，可以降低退火态钽丝表面熔化的程度。参考文献1 吴铭. 钽铌冶金工艺学M. 北京：中国有色金属工业总公司，1986：258-364. 2 张元宏，裴瑞君. 电容器级钽丝及其制备方法：中国，2008