500W钨丝灯的退火参数

拉拔5OOW灯丝在141mg/200mm处进行退火:141mg/200mm钨丝在不同的时间下进行退火，退火前后的抗拉强度下降比例是不同的，其成品的绕丝性能合格率是不同的，如下表所示。

从表中可以看出，编号为00-5的试验料在拉制出5OOW成品丝后，其绕丝性能是最佳的，从而可以确定2.5~3.5s的退火时间最合理。

钨丝的退火工艺参数

拉拔1000W灯丝在直径0.33mm处进行退火:直径0.33mm钨丝在不同时间下进行退火，退火前后的抗拉强度下降比例是不同的，其成品丝的绕丝性能合格率也是不同的，如下表所示。

从表中可以看出，编号为00-2的试验料在拉制出1000W成品丝后，其绕丝性能是最佳的，从而可以确定4~5s的退火时间最为合理。

实验可得知成品丝的合适强度与退火点的选择和退火前后抗拉强度下降比例的控制密切相关。

掺杂钨丝的拉拔工艺

通过改变退火时间来控制退火前后抗拉强度下降的比例，从而控制成品钨丝的最佳抗拉强度，满足各种使用性能的技术指标要求。

目前，国内外制灯厂家采用掺杂钨丝做为各类灯具的发光体。掺杂钨丝的拉拔工艺过程对抗拉强度的控制是至关重要的。合理地控制退火工序前后及成品的抗拉强度是生产高质量电光源用钨丝的关键所在。

在拉拔钨丝的过程中，要使钨丝顺利拉拔和提高绕丝合格率，合理地控制退火温度和退火时间是至关重要的。

卤素灯用掺杂钨丝

掺杂钨丝的再结晶特性、抗下垂性能、抗冲击或抗震性等主要特性都是受掺杂剂中钾的蒸发形成的掺杂孔的分布情况来控制的，其耐黑化性主要受丝材中铁、铝、钼等杂质以及无效钾的控制，因此，在钨丝的生产工艺过程中，为了获得稳定的性能，控制掺杂孔的分布及提高丝材的纯度是至关重要的。

随着我国汽车工业及其它工业的发展，对抗震灯和卤素灯的要求越来越苛刻，随之对用作灯泡心脏的灯丝也提出了更高的要求，有必要进一步开展特种钨丝的生产与研究，建立一条专用的特种钨丝生产线，把工艺改造、质量保证、专用测试仪器、检测方法及科研有机地结合起来，使这条批量生产线既有效益，又有严格的质量保证体系。

钨丝生产过程中的质量控制点

钨丝生产过程中的质量控制点主要有蓝色氧化钨、酸洗钨粉和拉丝过程的质量保证体系三类。

(1)蓝色氧化钨

蓝色氧化钨的氧含量及NH3含量必须每批测试，这对以后钨丝的掺杂效果影响很大，应严格控制。

(2)酸洗钨粉

酸洗钨粉中的有效钾含量、杂质含量以及酸洗钨粉的平均粒度和粒度分布都应每批检测，以保证随后的高温性能及加工性能。

(3)拉丝过程的质量保证体系

Φ0.68mm及Φ0.325mm(或Φ0.49mm)是整个钨丝质量的保证点，这两个点都应严格控制。Φ0.68mm进行裂纹探伤全检，拉裂纹的多少分等级，A级丝材(裂纹0~1%)送往拉卤素灯钨丝，在中Φ0.325mm处再进行裂纹探伤和抗下垂性能全检，如果裂纹探伤和下垂值均为A级(裂纹0~1%，下垂值0~0.5mm)此类钨丝则可作为特种钨丝。由于我国目前钨丝生产过程不够稳定，在Φ0.325至成品规格之间增设一些质量控制点，做为保证特殊用途钨丝质量的权宜之计。

钨丝拉丝过程中的退火点

钨丝拉丝过程中退火点的选择对丝材的性能，尤其是机械性能是非常重要的。退火点的选择与使用的压缩比有关。一定要保证在过饱和冷加工以及不可逆损伤发生之前进行退火，同时还要考虑到拉丝机(尤其是多模拉机)出丝尺寸的方便，要保证设备的最大利用率，又要考虑到退火点的适当与否。

退火要避免再结晶发生，退火的目的是消除应力，而不是完全退火。退火后抗拉强度应减少28%-30%。如果抗拉强度的减少超过30%,就会产生明显的结构变化，并导致过度的脆性。退火后的下垂性能及再结晶结构组扣立即发生变化，抗下垂性能明显下降，有必要再继续拉制2~3个模子以恢复抗下垂性能到正常值，一定不能在退火后立即出成品。

钨丝生产中的轧制开坯技术

钨丝生产中的钨条开坯一般有两种工艺:旋锻和轧制。近年来轧制开坯正日益广泛地取代旋锻法。轧制开坯后的杆料晶粒度较细，孔隙度低，物理和力学性能优良，可使掺杂孔均匀弥散在杆料中，使钾在钨丝中有效地发挥作用。

采用大压缩比，变形均匀，使加工渗透到钨丝的中心，如果采用小压缩比，加工不能渗透至钨丝的中心，在表面形成一层硬的加工层，表面易损坏并产生裂纹。在拉丝的初始阶段避免裂纹的产生使用大压缩比尤为重要。在拉丝过程中绝不允许大压缩比小压缩比交替使用，最好是连续地逐渐地减小。

钨丝的酸洗工艺

在钨丝的生产工艺中，采用蓝色氧化钨加钨粉酸洗的工艺，不仅能获得钾含量高的钨粉，而且所制取的钨粉纯度较高。利用酸洗，可使钨粉中大部分有害的A1,  Si,  Fe等杂质除去，同时也洗去粉中大量的无效钾，这对抗下垂性、抗震性以及耐黑化性都是必不可少的。

钨粉中的铁主要有两种来源:一是从原料APT中引入，二是从还原过程中炉管、舟皿以及酸洗设备中带入。很多钨丝生产厂，对还原炉管和舟皿并不十分重视，不做定期更换(一般使用2~3年应进行更换)和清洗，这样必然导致钨粉中铁含量增高，对于卤素灯灯丝，这是不允许的。

蓝色氧化钨制备钨丝

决定掺杂钨丝质量的基础(也是关键过程)是钨条的粉末冶金过程。钨条的性能一旦确定，钨丝所固有的性能也就确定。对于制造普泡灯丝来说，间题在于如何根据蓝钨和三氧化钨的还原动力学来合理地确定还原工艺。但生产高性能的特种钨丝，采用三氧化钨工艺是不可能的，必须采用蓝钨工艺。以蓝色氧化钨为原料时，β-W的含量较用三氧化钨为原料的高，出现β-W最大值的温度比三氧化钨的低，表明蓝钨具有比三氧化钨更高的活性，更易被还原。同时β-w是泥进钾进入钨晶体的最重要的中问产物。蓝钨疏松多孔，比表面积大，有利于氢气渗入，反应生成水分一也容易逸出。且蓝钨中含有少量的NH3，在反应的初期，NH3挥发，使料层中形成许多气孔，新鲜氢气容易渗透到料层的底部，底部反应生成的水分也容易逸出，促进还原反应的进行。另外，蓝钨分解放出NH3后的氧化物处于新生态，表面活性大，因而更易吸收氢原子。

另一方面，采用蓝钨为原料生产的钨粉疏松，而采用三氧化钨为原料生产的钨粉聚集团和二次颗粒多。在垂熔过程中，采用蓝钨工艺的钨粉，杂质的挥发较三氧化钨的容易，钾在垂熔过程中也易挥发，在晶界上残留的无效钾也少，这一点对钨丝的高温性能和抗震性能以及耐黑化性都是特别重要的。

影响卤素灯中的钨丝质量的因素

近几年来，许多单位对特种钨丝进行过大量研究，出了不少研究成果，但都没有达到工业化及稳定生产，目前卤素灯所使用的钨丝，普遍存在耐黑化性不良，抗震性能差，灯丝容易变形，寿命短以及质量稳定性和寿命稳定性差等现象。

产生这种现象的主要原因是工艺条件选择不当，工艺过程控制不严，没有专门的特种钨丝生产线，仅靠从现有的WAL丝中挑选。这样，不仅质量一致性差，更重要的是卤素灯的多样化引起的高效率化，长寿命化以及灯泡寿命的稳定化，现有WAL丝的性能是达不到的。必须从根本上改变钨丝的性能提高钨丝的质量，使钨丝特性多样化，才能适应卤素灯等特种光源使用条件的苛刻化。

钨丝的不变形性

高温点灯时由于灯丝变形所引起的灯丝螺旋线节距错乱，称为变形性，它也是影响钨丝灯泡寿命的一个重要原因。

因此，在制造寿命稳定的钨丝灯泡时，希望灯泡自始至终不易变形。此外，装饰灯泡或X射线管用灯丝等也严格要求灯丝形状稳定，不发生早期变形。

早期变形发生在一次再结晶消除钨丝与灯丝中的残余变形的过程中，二次再结晶完成后，灯丝几乎不发生变形，所以，为了减少早期变形，在尽可能减少钨丝残余变形的同时，必须使二次再结晶迅速进行。

卤素灯用钨丝的抗震性

用作卤素灯以及其它特殊光源的特种钨丝，其中还包括双螺旋白炽灯所用的钨丝，与普通灯泡的钨丝相比，在性能上有所差异。它们所用钨丝比普通的钨丝应具有更高的抗高温下垂性，耐黑化性以及抗震性。

一般说来，对钨丝抗震性有两种解释，其一是汽车、飞机或复印机等所用灯泡在点灯时的抗震性;其二是在未点灯时的抗震性，如输送、碰撞所造成的冲击。在高温点灯时的抗震性与钨丝的抗下垂性和高温强度基本上是共同的。在不点灯时的抗震性主要与室温时的晶界强度有关。必须使钨丝形成长/宽比值大的燕尾状塔接的晶粒，以提高室温时的晶界强度。

卤素灯用钨丝的耐黑化性

卤素灯，由于在灯管内充入了微量的卤化物从而防止了钨在灯管壁上的粘附(玻壳黑化)，使灯泡小型化、效率高，寿命长。但是从灯丝中散发出来的钨以外的杂质与充入的卤素一发生反应，就减少了卤素与钨反应的有效分压，削弱了钨的循环，从而引起灯泡玻壳变黑。

铁、铝等杂质在灯泡点燃1~2小时内就迅速挥发，铝的挥发速度相对慢一些，如果铁、铝等杂质的含量增加，为了提高灯泡的耐黑性，则灯泡里封入的卤素量(如CH2Br2)相应地也要增加，随之而封入的氧含量也增加，这些过量的氧对灯丝起着副作用，使钨丝出现腐蚀，从而导致灯丝断裂。因此，作卤素灯灯丝用的钨丝要求杂质挥发尽可能地少。钨丝中铁和铝的总和不能超过30ppm，同时在杂质挥发中，即使是在掺杂效果中起主要作用的钾，高温时的挥发也对玻壳黑化有较大的影响。

钾的挥发与丝中钾含量及其弥散状态有关，如果钾的挥发特性不良，除了在晶面上排列以外，还在晶界上出现一些不规则的粗大空孔，这样的丝结晶晶界就成为钾的通道，使钾容易从丝的表面挥发出来。因此，为了在丝中获得分布良好的掺杂孔，烧结过程中钾具有良好的挥发性是十分重要的，这样可以稳定耐黑化性能，在灯泡中有可能减少卤素的封入量，因而有利于克服卤素灯的一大缺点，即因充卤化物而引起的低温腐蚀，更易设计出效率高寿命长的灯泡。

钨丝

钨丝的抗高温下垂性

高温点灯时灯丝不下垂这一技术要求，是白炽灯使用钨丝以来最主要和必需的技术特性之一。由于卤素灯效率高，使用的场合很多，并且，与普通灯相比，灯泡形状变化大，容易设计的种类特别多，因此，用作卤素的特种钨丝要求在更高的温度下(20003200K)比普通灯用的钨丝具有更高的抗下垂性。

燕尾状二次再结晶组织的形成，能防止晶界滑移，同时掺杂孔本身，由于具有弥散强化效果，因而有提高晶粒内部强度的作用，这对抗下垂是一个重要的因素。如果掺杂孔非常粗大，即使形成相当好的再结晶组织，也失去了弥散强化效果，并由于晶界强度削弱而降低了抗下垂性能。

汽车用钨丝

随着现代科技的发展，对电光源用灯泡的要求越来越高，灯丝作为灯泡的心脏，对灯泡的质量起着至关重要的作用，而决定灯丝性能的好坏，除了外形设计外，更重要的是钨丝的质量。高压小功率卤钨灯因其光效高、色温好、寿命长、使用方便等优点，具有十分良好的前景，它同时对钨丝提出更苛刻的要求。

目前被称为“世界第一商品”的汽车工业是全球性工业，是我国“八五”规划中重要发展的产业，在1988年汽车验收全年不良率中，汽车灯质量不合格占70%。这里有灯具问题，但主要是灯丝质量问题。在过去的几年里，曾有许多单位进行过这方面的研究，取得了不少研究成果，但都没有达到工业化生产。为了配合我国汽车工业及其它现代科学技术的发展，有必要也必须进一步开展汽车用抗震灯、卤素灯等所用特种钨丝的生产与研究，建立一条专用的特种钨丝生产线。

什么是特种钨丝

特种钨丝是一种用于汽车、火箭、飞机、坦克、投光机、电影放映机、摄影照明、复印机灯等具有特殊性能的钨丝。同时还包括装饰灯泡和X射线管用灯丝。这些灯泡都是在十分苛刻的条件下工作，所以特种钨丝必须具有优良的耐高温抗下垂性、耐震性、不变形性、以及高效率、长寿命和寿命稳定性等特点。

例如，耐震灯泡，除了装灯技术有一定要求外，丝材必须在芯线比1.4~2.0，转速2000~7500转/分下具有良好的绕丝性能;在2000~3200K温度下，抗下垂性能好，蒸发率低，光通量大，光效高和寿命长；在重力加速度1~12X9.8m/s²，振动频率30~300赫兹，振幅±0.6毫米条件下，在灯丝断电和通电情况下振动7~56小时。这些要求用普通的钨丝是很难达到的。

旋锤加工工艺对钨丝质量的影响

粉末冶金烧结的钨丝，经过旋锤锻打变形，使粗细晶粒分布不均匀的多孔的烧结组织变成了细密的破碎的晶粒，并顺着加工方向，晶粒被拉长成变形的条状组织。在旋锤加工的第一阶段，钨丝密度增加很快，当总压缩率达70%时，密度几乎可达到19.3g/cm³。但在旋锤终了阶段，由于晶粒的显著破碎，又会在变形组织之间形成空隙，使密度有所下降。

变形后的加工组织抗拉强度提高，原来钨丝的抗拉强度等于8-15kg/mm²，当加工到Ф2.Omm时，抗拉强度可达到100kg/mm² ,硬度也由钨丝坯条的HB-200提高到HB-4ookg/mm²。

钨丝

钨丝的旋锤加工工艺

旋锤锻打是钨丝压力加工方法中的一种较为先进的加工方法、它是利用一副或两副锤模围绕制件旋转锻打。即旋转模锻，一方面环绕主轴进行高速旋转，同时对钨坯条沿径向以频率为X000-12000次/分的高速进行脉冲式的锻打;每次的变形量极小，从而摩擦阻力或变形抗力均很小，这样就便于对低塑性的钨丝进行加工变形。

多晶体的钨丝无论是烧结的或熔炼的，在室温下，即使微小的变形也会脆断。钨丝的变形则是沿晶体间结晶边界破裂。这是由于室温仅为钨丝熔化绝对温度的8%左右，以致在变形时是沿方向错乱的原子团较脆弱的区域沿晶界断裂。只有在1300℃以上的温度，用粉末冶金方法制造出的钨坯(晶粒均匀而细小)，才可以经受住旋锤锻造加工成材。目前世界上应用最普遍的、最广泛的还是旋转锻造的加工方法。

钨丝

双层钨丝阵软X射线辐射参数

双层钨丝阵X射线辐射波形为单峰结构，实现了理想的内爆模式，X射线辐射功率达到5.6TW，为Angara-5-1历史最高水平。与单层钨丝阵相比，钨丝直径4.2um、钨丝数量128、钨丝阵直径18mm的单层钨丝阵X射线辐射功率为5.2TW，显示双层钨丝阵X射线辐射功率己经略高于单层钨丝阵，但尚未实现圣地亚实验室获得的40%提高量。

可能的原因是:单一层钨丝阵丝间隙为0.44mm,双层钨丝阵丝间隙为0.66mm,按钨丝间隙与X射线辐射功率定标律评估，在钨丝间隙0.40-0.66mm区间，钨丝间隙对X射线辐射参数影响十分明显，钨丝间隙小，有利于改善等离子体“成帘”特性，提高内爆等离子体时空分布均匀性，反之，则降低内爆等离子体时空分布均匀性。

采用4.2um钨丝己经使单层钨丝阵钨丝间隙达到了理想的水平，但受Angara-5-1驱动能力的限制，双层钨丝阵丝间隙仍然偏大，在一定程度上限制了X射线辐射功率的提高。

双层钨丝阵的软X射线与Z箍缩

在双层钨丝阵的Z箍缩研究中，到目前为止，双层丝阵普遍认为是Z箍缩内爆的一种有效的负载结构之一。1998年，人在20MA的Z装置上进行钨丝阵Z箍缩实验，用240根7.5um直径的钨丝做成高2cm直径4cm、总质量4.1mg的丝阵负载，获得X射线功率约200TW,X射线能量接近1.7MJ。在Z装置上进行钨丝阵实验，但他们采用的是嵌套丝阵，外层直径为4cm的240根钨丝，内层直径为2cm的120根钨丝，获得X射线功率(280±40)TW,X射线能量达到1.75MJ,X射线功率比单层钨丝阵增加了40%。

实验证明双层丝阵在抑制不稳定方面更具优势，可以有效提高内爆等离子体时空分布均匀性，并提高X射线辐射功率。根据北京应用物理与计算数学研究所提出的4种双层丝阵内爆动力学模式，在俄罗斯新能源研究所的Angara-5-1装置上进行了一系列的双层钨丝阵Z箍缩实验研究。

涂钛钨丝

采用高频发生器作为加热源，石墨做坩埚，可对小20~100微米的钨丝进行热吐，涂层厚度2~20微米。

涂层厚度受线材直径大小，拉涂速度和熔池温度影响。随着线材直径增加涂层加厚。拉涂速度快则钛涂层厚，反之则薄。拉涂速度保持在20-30米/分范围。熔池温度高则涂层薄、反之则涂层厚。但加涂必须在1700℃以上才能进行。

拉涂前、钨丝需经800℃-1100 0C氢气保护退火，并经21,6%碱的水溶液清洗，去除线材表面石墨。保持表面清洁。

这种工艺方法生产涂钛钨丝、效率高、成本低，但每一根丝不宜太长，一般可达数百米。

由于石墨可被钦浸蚀、所以增涡重复使用的次数最多不超过5次。