一种多工序组合的超细钼丝连续加工方法及设备

摘要

本发明公开了一种多工序组合的超细钼丝连续加工方法，该方法包括以下步骤：(a)横向并排均匀布设多个装有NaOH溶液的电解槽且其外部充氢保护，相邻两电解槽的极性相反；(b)高温腐蚀减径、消除应力退火和直化：将待加工钼丝拉直后，以V＝1～50m/min的行进速度依次从多个电解槽中横向穿过且加热温度至800～1100℃。其加工设备包括多个电解槽、保护装置、放卷器、牵引机构及与电解槽相接的电源；保护装置上设置有氢气进出气口且其内部氢气的流动方向与待加工钼丝的移动方向一致。本发明工序步骤简单、设备结构简单且控制操作简便，能将钼丝的高温腐蚀减径、消除应力退火和直化三种不同工序有效组合为一体并实现连续加工。

说明书

技术领域

本发明涉及难熔金属丝材加工技术领域，尤其是涉及一种多工序组合的超细钼丝连续加工方法及设备。

背景技术

随着航天事业的飞速发展，航天器上的设备数量不断增加，这就要求载乘的设备重量要尽可能轻。为了实现航天器与地面控制系统的通讯，用于传输的通讯天线是一个重要的部件，信号传输的距离越远，天线的尺寸越大，重量也就越重。然而，日本运行的HALCA卫星重量仅为830公斤，其最明显的特征是带有一根约8米长的镀金钼丝网天线，也就是这个天线使得HALCA成为世界上第一台被送到太空中的甚长基线干涉测量仪器。作为一台射电仪器，HALCA的分辨率差不多比哈勃太空望远镜在光学波长上的分辨率高1000倍。宇宙科学研究所的科学家称，HALCA的加入将使地基甚长基线干涉测量仪器的分辨率改善3倍。与地基射电望远镜结合后，HALCA的角分辨率可达60微角秒。在该镀金钼丝网天线中，超细钼丝是一个关键的材料。

对于超细钼丝的加工方法，主要是把模拉法和电解法相组合，加工直径在20μm以上的细丝。李荣发在1989年6月的《稀有金属与硬质合金》杂志中发表的“电解抛光工艺在钨钼加工中的应用”中，详细介绍了电解抛光的机理和电解抛光的设备结构，他认为：电解法替代模拉法是加工超细钨丝的方向。唐元春在《灯与照明》2000年第24卷第1期发表的“电解清洗高温直化钨钼丝材的工艺研究”文章中，叙述了采用电解清洗钨钼丝和在氢气保护气氛下直化钨钼丝的工艺，同时指出：电解后钼丝的抗拉强度大幅度增加，但延伸率急剧下降。章志敏等人在《原子能科学技术》2006年第39卷第6期发表的“电解抛光法制备超细钼丝及其表征”中叙述了钼丝在电解过程中电解的电压、温度、电解液浓度对丝径的影响规律。

从以上的文献中可以看出，现有的超细钼丝有以下两个缺点：1、超细钼丝难于实现最终的退火热处理，钼丝加工应力大，钼丝易打卷；2、超细钼丝的延伸率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多工序组合的超细钼丝连续加工方法及设备，其工序步骤简单、设备结构假单且控制操作简便，能将钼丝的高温腐蚀减径、消除应力退火和直化三种不同工序过程有效组合为一体并实现连续加工。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多工序组合的超细钼丝连续加工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)横向并排均匀布设多个分别装有NaOH溶液的电解槽：相邻两个电解槽的极性相反，所述电解槽依其正负极性分别接至电源的正极或负极，电源的电压U为0.5～4V；

(b)高温腐蚀减径、消除应力退火和直化：在充入氢气进行保护下，将直径为0.050～0.030mm的待加工钼丝拉直后，以V＝1～50m/min的行进速度依次从多个电解槽中横向穿过；所述待加工钼丝位于相邻两个电解槽间的长度L为20～50mm，待加工钼丝位于每个电解槽内的长度为D且1≤D≤1.5L；通电加热过程中，依据公式$>\frac{U^2}{V}\ge \mathrm{Cd\rho L}(T-T_0)$>对电压U和行进速度V进行控制调整，其中C为钼的比热容，d为钼的密度，ρ为钼的电阻率，T为调整前的温度，T₀为调整后的温度；当待加工钼丝位于相邻两个电解槽间部分的温度加热至800～1100℃时，加工处理得到的超细钼丝即为合格品。

所述电源为直流电源、交流电源或脉冲电源。

实现一种多工序组合的超细钼丝连续加工方法的设备，其特征在于：包括并排均匀布设的多个电解槽、设置在所述多个电解槽外部的保护装置、位于保护装置外部一侧的放置待加工钼丝的放卷器、位于保护装置外部另一侧的用于拉直并牵引待加工钼丝横向移动的牵引机构以及分别与电解槽相接的电源；所述保护装置一侧设置有氢气进气口且其另一侧设置有氢气出气口，保护装置内部氢气的流动方向与待加工钼丝的移动方向一致，所述多个电解槽的侧壁上对应设置有供待加工钼丝穿过的通孔；相邻两个电解槽的极性相反，所述电解槽依其正负极性分别接至电压为0.5～4V的电源的正极或负极。

所述电解槽的形状为立方体或圆柱体。

所述电解槽的数量为六个，所述六个电解槽的极性从右至左依次为负、正、负、正、负和正；放卷器位于保护装置的外部右侧，所述牵引机构位于保护装置的外部左侧；氢气进气口位于保护装置的右侧，氢气出气口位于保护装置的左侧。

所述牵引机构为牵引轮。

所述待加工钼丝位于相邻两个电解槽间的长度L与待加工钼丝位于每个电解槽内的长度D相同。

本发明与现有技术相比具有以下优点，1、工序步骤简单、省时省力且加工处理效果好，能够将钼丝的高温腐蚀减径、消除应力退火和直化三种不同的工序过程有效组合为一体，使得待加工钼丝的减径抛光、消除应力退火和直化能够一次完成；2、所用设备结构简单、投资少，使用操作简便且占地空间较小，通过本加工设备能够实现钼丝上述高温腐蚀减径、消除应力退火和直化三种工序的连续处理；3、钼丝通电加热过程中，控制方便，可操作性强，通过控制电压U和钼丝的走丝速度即行走速度V，就可以实现对温度的调节控制；也就是说，通过控制电源的电压U和待加工钼丝的行走速度V以及牵引轮的张力，就可以实现对待加工钼丝的高温腐蚀抛光、消除应力退火和直化；4、能将直径为0.050mm～0.030mm的待加工钼丝加工成直径最小达到0.010mm的光亮、退火和直化状态的超细钼丝。综上，本发明提供了一种将钼丝的高温腐蚀减径抛光、退火热处理和直化处理等三种工序有机组合在一起的连续加工方法及设备，其工序步骤简单、设备结构假单且控制操作简单方便，能将钼丝的高温腐蚀减径、消除应力退火和直化三种不同工序过程有效组合为一体并实现连续加工，从而能够有效解决超细钼丝加工过程中所存在的超细钼丝难于实现最终的退火热处理、钼丝加工应力大、钼丝易打卷以及超细钼丝延伸率低的问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明中加工设备的结构示意图。

图2为图1中正负极性电解槽和电源的连接关系示意图。

附图标记说明：

1—待加工钼丝；      2—放卷器；            3—牵引轮；

4—保护装置；        5—负极性电解槽；      6—正极性电解槽；

7—电源；            8—氢气进气口；        9—氢气出气口。

具体实施方式

实施例1

本发明一种多工序组合的超细钼丝连续加工方法包括以下步骤：

第一步、横向并排均匀布设多个分别装有NaOH溶液的电解槽：相邻两个电解槽的极性相反，所述电解槽依其正负极性分别接至电源7的正极或负极，电源7的电压U为0.5～4V；

第二步、高温腐蚀减径、消除应力退火和直化：在充入氢气进行保护下，将直径为0.050～0.030mm的待加工钼丝1拉直后，以V＝1～50m/min的行进速度依次从分别装有NaOH溶液的多个电解槽中横向穿过；所述待加工钼丝1位于相邻两个电解槽间的长度L为20～50mm，所述待加工钼丝1位于每个电解槽内的长度为D且1≤D≤1.5L；通电加热过程中，依据公式$>\frac{U^2}{V}\ge \mathrm{Cd\rho L}(T-T_0)$>对电压U和行进速度V进行调整，其中C为钼的比热容，d为钼的密度，ρ为钼的电阻率，T为调整前的温度，T₀为调整后的温度；当待加工钼丝1位于相邻两个电解槽间部分的温度加热至800～1100℃时，加工处理得到的超细钼丝即为合格品。其中，所述电源7为直流电源、交流电源或脉冲电源。

本发明对待加工钼丝1进行高温腐蚀减径、消除应力退火和直化的处理过程及理论依据是：实验证明，通常情况下，钼的表面生成一层氧化物膜，这层氧化膜采用电解的方法可以取除，也就是说，能够采用电解方法对钼丝进行电解抛光。其原理是：钼丝在交流电的作用下且当钼丝在正半周时将产生反应：Mo+3[0]→MoO₃，即钼丝表面被氧化成三氧化钼；而当钼丝在负半周时，钼丝表面的氧化钼与溶液中的氢氧化钠反应生成可溶性的钼酸钠，因而实现了电解抛光，同时在一定程度上也能实现减径。

反应过程在氢气保护的气氛中进行，当将待加工钼丝1通电加热到600℃时，其表面的氧化物(MoO₃)开始挥发；当加热到800℃以上的温度时，其表面的氧化物完全挥发，即待加工钼丝1表面没有氧化物等物质生成，此时氧化物(MoO₃)在高温的NaOH溶液中迅速溶解，并且温度越高反应越快。综上，在高温状态下，待加工钼丝1在NaOH溶液中受到化学腐蚀而进行快速减径和抛光。同时，实验证明，待加工钼丝1在800℃～1000℃温度下进行热处理后，其加工应力降低且延伸率增加，并且在800℃以上的温度时，加工应力得到消除，并能在张力的作用下被校直，也叫直化。

根据理论分析，待加工钼丝1通电后，从温度T₀加热到温度T后所需的热量Q＝Cm(T-T₀)。其中，待加工钼丝1的质量：m＝dSL，m为待加工钼丝1的质量，d为待加工钼丝1的密度，S为待加工钼丝1的截面积，C为钼的比热。在相邻两个电解槽之间待加工钼丝1的长度为L，电源7的电压为U，在走丝速度即行进速度V下，移动距离L所需的时间为$>t=\frac{L}{V}.$>因而，移动时间t后，待加工钼丝1的温度变化为：$>T-T_0=\frac{1}{\mathrm{Cd\rho }}\times \frac{U^2}{L^2}\times t=\frac{1}{\mathrm{Cd\rho }}\times \frac{U^2}{L^2}\times \frac{L}{V}=\frac{1}{\mathrm{Cd\rho L}}\times \frac{U^2}{V},$>其中ρ为待加工钼丝1的电阻率。由于C、d、ρ与待加工钼丝1的状态有关，L由本发明所采用的加工设备确定，四者均为一个确定的数，用一个常数K替代，故上式可表示为：$>T-T_0=K\times \frac{U^2}{V},\frac{U^2}{V}=\frac{T-T_0}{K}=\mathrm{Cd\rho L}(T-T_0),$>从上式可以看出，待加工钼丝1的温升与电压U的平方成正比，与待加工钼丝1的行走速度V成反比。通过控制电压U和走丝速度V就可以实现对温度的控制调节，从而实现对待加工钼丝1钼丝的高温腐蚀、退火和直化。在实际加工处理过程中，根据公式$>\frac{U^2}{V}\ge \mathrm{Cd\rho L}(T-T_0)$>对电压U和行进速度V进行控制调整。

实现一种多工序组合的超细钼丝连续加工方法的设备，包括并排均匀布设的多个电解槽、设置在所述多个电解槽外部的保护装置4、位于保护装置4外部一侧的放置待加工钼丝1的放卷器2、位于保护装置4外部另一侧的用于拉直并牵引待加工钼丝1横向移动的牵引机构以及分别与电解槽相接的电源7。同时，所述保护装置4一侧设置有氢气进气口8且其另一侧设置有氢气出气口9，保护装置4内部氢气的流动方向与待加工钼丝1的移动方向一致，所述多个电解槽的侧壁上对应设置有供待加工钼丝1穿过的通孔。相邻两个电解槽的极性相反，所述电解槽依其正负极性分别接至电压为0.5～4V的电源7的正极或负极。

如图1、图2所示，本实施例中，所述电解槽的形状为立方体，并且电解槽的数量为六个，所述六个电解槽的极性从右至左依次为负、正、负、正、负和正，也就是说六个电解槽从右至左依次为负极性电解槽5、正极性电解槽6、负极性电解槽5、正极性电解槽6、负极性电解槽5和正极性电解槽6。实践中，也可以将电解槽制作为圆柱体等其他形状。另外，放卷器2位于保护装置4的外部右侧，所述牵引机构为牵引轮3且其位于保护装置4的外部左侧；而氢气进气口8位于保护装置4的右侧，氢气出气口9位于保护装置4的左侧。并且，所述待加工钼丝1位于相邻两个电解槽间的长度L与待加工钼丝1位于每个电解槽内的长度D相同。并且本实施例中，待加工钼丝1的直径为0.05mm，D＝L＝40mm，电压U＝1V，走线速度V＝3m/min。

具体加工处理时，将直径为0.05mm的待加工钼丝1置于放卷器2上，并将待加工钼丝1从右至左依次通过六个电解槽，且通入氢气于保护装置4内，具体是氢气从进气口8导入，由出气口9放出并点燃。加工处理处理过程中，调节电源7的电压U和待加工钼丝1的走线速度V，使加工钼丝1在相邻两个电解槽之间的温度达到800℃以上，同时，由牵引轮3施加一个牵引的张力，也就是说，由牵引轮3提供收卷的力量和张力，这样，就能得到直径为0.010mm的光亮、退火和直化状态的超细钼丝。

实施例2

本实施例中，待加工钼丝1的直径为0.04mm，D＝60mm，L＝50mm，电压U＝2V，走线速度V＝7m/min。加工处理处理过程中，调节电源7的电压和钼丝1的走线速度，使待加工钼丝1在相邻两个电解槽之间的温度达到800℃以上的温度，由牵引轮3施加一个牵引的张力，这样，就能得到直径为0.015mm的光亮、退火和直化状态的超细钼丝。本实施例的其他加工工艺步骤和加工设备均与实施例1相同。

实施例3

本实施例中，待加工钼丝1的直径为0.045mm，D＝65mm，L＝60mm，电压U＝3V，走线速度V＝26m/min。加工处理处理过程中，调节电源7的电压和钼丝1的走线速度，使待加工钼丝1在相邻两个电解槽之间的温度达到800℃以上的温度，由牵引轮3施加一个牵引的张力，这样，就能得到直径为0.013mm的光亮、退火和直化状态的超细钼丝。本实施例的其他加工工艺步骤和加工设备均与实施例1相同。

综上，待加工钼丝1通过分别连接于电源7两极且相互绝缘的多个装有电解液即腐蚀液的两个电解槽且相邻两个两电解槽之间相距L；待加工钼丝1在通过相邻两个电解槽时，电压为U的电源7通过电解液施加于待加工钼丝1上，通电后待加工钼丝1产生热量使自身加热；通过控制电源7电压U和走丝速度V，使待加工钼丝1在通电加热过程中，温度升高到800℃以上(即800～1100℃)，在腐蚀液和牵引张力的作用下，使待加工钼丝1实现了高温腐蚀减径抛光、校直和退火。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。