掺杂钨丝低温性能改善措施

掺杂钨丝因晶粒呈纵向纤维结构，其断裂行为属于晶内断裂，通常具有较好的延性（如延伸率为215%-4%），其塑-脆性转变温度远低于温室，即称之为低温延性，能够很好的满足钨丝绕制成形的要求。

掺杂钨丝在发挥低温延性的过程中，收到众多因素的影响，原材料的纯度是影响因素中较为突出的一项。因原材料中含有有害杂质元素的影响，使得掺杂钨丝不能很 好的发挥低温延性，减弱了掺杂钨丝的塑-脆性，进一步影响掺杂钨丝的绕制性能。为了改善掺杂钨丝因原材料纯度的因素所造成的影响，目前，可通过多种化学提 纯的改善措施有效降低原材料中的杂质含量，例如APT的反复结晶法，APT的硝酸处理法和钨酸钠溶液的离子交换法等等。通过对原材料的进一步处理，从而提 高原材料的纯度，使得搜制成的掺杂钨丝具有更好的低温延性。

综合考虑，为了不致过高的增加掺杂钨丝生产的成本，目前在实际生产中，多采用氨溶提纯钨酸去除杂质的方法比较适宜。

掺杂钨丝低温延性影响因素-原材料纯度

正常状态下，因掺杂钨丝的晶粒呈纵向纤维结构，其断裂行为属于晶内断裂，通常具有较好的延性（如延伸率为215%-4%），其塑-脆性转变温度远低于温 室，即称之为低温延性，能够很好的满足钨丝绕制成形的要求。极高纯度的钨具有优异的低温延性，即金属钨的本身并不脆。

掺杂钨丝之所以产生低温延性，主要是 因为其中含有有害杂质元素的影响。因此，原材料的纯度是影响钨丝低温延性的一个重要因素。杂质元素如镍和铁的存在，对掺杂钨丝的低温延性不利，如铁的含量 过高，甚至可使钨丝的塑-脆性转变温度升高到700℃，实际上已无法进行加工；以此同时，间隙杂质氧、氮、碳被公认为是对掺杂钨丝的低温延性最有害的元 素，随着这些元素含量的增加，掺杂钨丝的塑-脆性转变温度急剧升高，绕制性能显著变坏。

掺杂钨丝中所含钾泡异常变化基本机制

钾泡，是因为在掺杂钨丝的制备过程中添加入钾分子而产生的。在钾泡形成的过程中，在3000℃的环境中，在1-100h内，钾泡瞬间变化，有少数的钾泡生 长发展为大的泡体。丝内部或者在热丝周围气体中的氧也能迅速地加上泡体的生长。

钾泡之所以会造成这样异常长大的现象，主要的基本机制体现在以下三种：
1泡内聚集气体。钨丝在氢气中加热，当温度接近钨熔点时，丝再烧断之前内部中心处会立刻形成大的钾泡，研究证明这些异常变化的钾泡是丝中氧的聚集造成的。
2：应力加速异常变化。在制备的过程中，在差不多观察到大的钾泡的所有情况下，钾泡均由应力作用，当钨丝通过电极加热，还会产生附加应力，这些叠加起来的应力能够迅速地加快钾泡的变化，致使钾泡异常变化。

3：热迁移。形成钾泡异常变化的最后一个基本机制是指在存在温度梯度情况下迁移时，钾泡迁移，相遇而变大。

钨丝断裂原因-晶体点缺陷

用扫面电子显微镜观察钨丝，可以看出，在晶粒表面有黑色的圆形点子，这些点子是空穴而不是实心，而且空穴成线性排列与钨丝轴线大致平行，另外在晶粒内部和 晶粒边界处都会观察到空穴，但这种空穴数量往往沿晶粒边界，特别是边界核处要多一些。

该空穴所形成的晶体点缺陷造成钨丝断裂的原因：由于高温下，空位在境 界，晶体等处剧增密集，形成多缺陷，由于钨的“升华”作用，使得存在于钨丝表面附近的晶体点缺陷暴露出来，形成微裂口，该裂口一旦产生并扩展，超过它的临 街尺寸，钨丝晶间的塑形变形能力便会急剧下降，钨丝变脆，在宏观上表现为断裂。

导致白炽钨丝灯烧毁原因-“热点效应”

由于钨丝上总有瑕疵，典型的就是，部分的钨丝比其他地方细，由于这些局部缺陷的存在，容易导致白炽钨丝灯钨丝的总功率减少。由于该缺陷单位体积功率越大， 该点的钨原子减少越快，导致该店半径越小，这又导致该局部单位功率的进一步增大（该店的温度进一步升高，升华更快），由于这一系列的恶性循环，局部的缺陷 就成为了所谓的“热点”，缺陷处的体积功率在熔断前一直急剧增加，是正常情况下的成百上千倍，最终的“热点”是名副其实的炽热之点，所造成的效果也称之为 “热点效应”。

缺陷点的存在无疑加速了灯泡的毁坏，由于不可能做到灯丝的绝对均匀，所以这种恶性循环所导致的灯泡损坏因素是不可避免的。虽说该因素是不可避免的，但为了 相对性地延长灯泡的使用寿命，可采取相关措施加以缓解：在制造灯丝时，尽量保证钨丝的均匀度，尽量减少钨的升华，以此同时降低灯泡的功耗也可以延长钨丝的 寿命，这是应提高白炽钨丝灯的光效。

优化钨丝制备中电解参数

钨丝主要是将钨条锻打、拉拔后制成的细丝。通常通过500℃退火均匀化组织，利用质量百分比为15%的KOH溶液电抛光此卷钨丝，后再经过酸洗、水洗、烘 干得到成品丝。普通拉拔技术所制备出来的钨丝直径为10-12μm，根据不同生产加工领域需求的不同，若是想要更小直径的钨丝的话，通常利用电解腐蚀技术 进行减径。而在制备的过程中可以发现，不同电解参数将对所制成的成品质量有所影响，为获取优质钨丝，以下介绍优化电解参数的方法来改善成品的质量。

将钨丝通过电解腐蚀进行减径，在保证拉丝速度不变时，每道次电流变化与钨丝的腐蚀量存在明显的正比关系。大量试验数据表明，每道次腐蚀量超过25%以上极 容易断丝，而更少的道次和每道次相似的腐蚀参数，会优化其表面形貌并减少电解过程对制丝过程中对钨丝结构的破坏，另外，电解过程中引入反拉力，会使每道次 减径量剧烈波动。


因此，钨丝制备的电解腐蚀优化应遵循尽量避免反拉力的情况下，保证每道次减径百分比不超过25%的前提下，保持相同的腐蚀参数。

钨丝增强非晶复合材料断裂特性

金属钨丝具有极高 的熔点、良好的导热性和稳定性，作为增强材料加入非晶复合材料时不会显著改变基体成分而降低非晶形成的能力，使得钨丝成为块体非晶复合材料的一种极为有效 的增强材料。

往非晶复合材料中添加钨丝，从非晶复合材料的动态压缩断口形貌可以看出，随钨丝体积分数的变化，钨丝断裂后呈椭圆形。在动态压缩载荷作用下，非晶复合材料 界面处非晶基体具有显著的热软化和熔化特征，甚至有液滴的出现，同时，钨丝与基体发生脱粘现象，表现为钨和基体分离和拔出，此时，钨丝可增强非晶基体断裂 模式的复杂性，使得非晶复合材料随着钨丝体积分数的增加，断裂模式由剪切断裂转变为纵向劈裂和剪切断裂的混合模式，当选用直径为0.25mm的钨丝时复合 材料在动态压缩过程中产生较多的剪切带，承受载荷的能力更强，从而提高了该非晶复合材料的断裂特性。

在直径及重量不同的情况下钨丝的抗拉强度

照明及电子设备以钨丝作为发光源，为了增加钨丝的使用寿命，可以加长钨丝的长度。让热能分布在更长的空间内，但是会降低钨丝的温度，自然降低升华的情形， 也就延长了钨丝的使用寿命。在钨丝的使用过程中，也应设定好一定的钨丝直径及重量，以确保钨丝抗拉强度在复合的范围内，才能有效地延长钨丝的使用寿命。

以下介绍，在钨丝直径及重量不同的情况下，不同状态下的钨丝所呈现出来的抗拉强度。

规格范围		C/D/E/S状态抗拉强度 /（N/m㎡）	H状态抗拉强度 /（N/m㎡）
钨丝直径 /μm	20mm钨丝重量 /mg
8≤d＜15	0.19≤m＜0.68	3200-4600	2500-3800
15≤d＜25	0.68≤m＜1.89	3000-4400	2300-3500
25≤d＜50	1.89≤m＜7.57	2800-4100	2200-3400
50≤d＜80	7.57≤m＜19.39	2500-3800	2000-3200
80≤d＜130	19.39≤m＜51.21	2200-3500	1800-3000
130≤d＜200	51.21≤m＜121.20	2000-3200	1600-2800
200≤d＜390	121.20≤m＜460.86	1800-3000	1400-2600
注：直径≥390μm钨丝的抗拉强度可根据生产所需另行决定

照明及电子设备用钨丝允许偏差值

钨丝是将钨条锻打、拉拔后制成的细丝。钨丝规格牌号主要分为WB001、WB150、WB584。其相对应的特性有：WB001绕制性能好，不下垂，适合 于普通白炽灯、双螺旋或三螺旋荧光灯、节日灯、支架丝；WB150耐高温性能好，加工性能优良，适用于卤素灯、又螺旋白炽灯；WB584再结晶温度高，高 温抗下垂性能好，适用于耐震灯丝、高色温灯丝等特种灯。钨丝作为灯丝，在照明领域的使用十分广泛，根据产品的规格不同，所设定的丝段质量和直径的偏差也不 尽相同。

以下介绍照明及电子设备用钨丝的丝段质量和直径所允许的偏差值：

直径/μm	200mm丝段质量/mg	200mm丝段质量偏差/%			直径偏差/%
		0 级	I 级	II 级	0 级	I 级	II 级
8≤d＜15	0.19≤m＜0.68	±3.0	±4.0	±5.0	-	-	-
15≤d＜25	0.68≤m＜1.89	±2.0	±3.0	±4.0	-	-	-
25≤d＜50	1.89≤m＜7.57	±2.0	±2.5	±3.0	-	-	-
50≤d＜80	7.57≤m＜19.39	±1.5	±2.0	±2.5	-	-	-
80≤d＜130	19.39≤m＜51.21	±1.0	±1.5	±2.0	-	-	-
130≤d＜200	51.21≤m＜121.20	±1.0	±1.5	±2.0	-	-	-
200≤d＜390	121.20≤m＜460.86		±1.0	±1.5	-	-	-
390≤d＜500	-				±1.0	±1.5	±2.0
500≤d＜1800	-				±0.5	±1.0	±1.5
注：超过0级公差要求可根据生产所需另行决定

照明及电子设备用钨丝最短长度标准

钨丝是将钨条锻打、拉拔后制成的细丝，除少量用作高温炉的发热材料、电子管的热子和复合材料的加强筋等外，绝大部分都用于制作各种白炽灯和卤钨灯的灯丝以 及气体放电灯的电极。可见，钨丝的用途十分广泛，然而，在生产加工领域，根据不同的需求，对钨丝的最短长度也会不尽相同。

以下是照明及电子设备用钨丝最短长度标准表：

钨丝直径/μm	钨丝200mm丝段质量/mg	最短长度/m
8≤d＜15	0.19≤m＜0.68	3000
15≤d＜25	0.68≤m＜1.89	2000
25≤d＜50	1.89≤m＜7.57	1000
50≤d＜80	7.57≤m＜19.39	800
80≤d＜130	19.39≤m＜51.21	300
130≤d＜200	51.21≤m＜121.20	200
200≤d＜390	121.20≤m＜460.86	100
390≤d＜500	-	相当于400g重量的长度
500≤d＜1800	-	相当于600g重量的长度

钨丝灯、白炽灯和日光灯区别

白炽灯也是以钨丝作为灯丝，所以白炽灯和钨丝灯没有本质性的不同。普通的白炽灯里充的是氮气；一些小的钨丝灯里充的是卤素气体，比如含碘，这些灯也称为卤素灯，使用寿命会长一些经常用在车上方向灯。钨丝灯和白炽灯都是利用白热化原理发光，所以，又称为热光灯。

而日光灯发光原理不同，由灯管两极发射电子流，电子流轰击涂在灯管壁上的荧光粉最终引起荧光粉发光，因为发热量又称为冷光灯。

抗震钨丝掺杂压坯过程

抗震钨丝，由掺杂钨粉制成钨条，拉拔制成的细丝。掺杂钨粉经过压制成型后进行烧结，在烧结的过程中，主要发生以下三个阶段的变化：

第一阶段是使压坯致密化，以达到适于机械加工的密度和晶粒结构；

第二阶段是调整压坯的化学性质，包括K、Si、Al以及填隙浓度等，使压坯更加适于机械加工；


第三阶段是由于压坯中含有铝硅酸钾（或硅酸铝钾），它能在烧结过程中产生钾泡。

热处理钨丝增强灰铸铁力学性能

灰铸铁具有较好的铸造性能，优良的加工性能，较低的成本以及一些独特的性质而被广泛地应用。但是分布在灰铸铁中的片状石墨，影响着材料的力学性能，致使灰 铸铁制得强度和韧性较低，为了满足高性能机械设备和机器的大量需求，致力于改善灰铸铁力学性能。

在生产的过程中，可在铸型的适当部位预置钨丝作为原位反应 的钨源，浇注后，得到铸态的钨丝增强铁基表面符合材料，再通过热处理的方法，促使钨丝和基体中的石墨碳反应形成碳化钨颗粒，从而得到碳化钨颗粒增强铁基表 面符合材料。

具体的操作过程有：在浇注前，线将钨丝插到金属模具的缺口内，然后将带有钨丝的金属模具在电炉上加热到200℃左右，铁液再1300-1350℃时，浇注 到金属模具，立即用石英砂覆盖，令其缓慢冷切至室温后取出，即为经过热处理的灰铸铁。经过热处理的灰铸铁的韧性因钨丝的增强而提高，且增强体的体积分数越 大，韧性越好从而改善该产品的力学性能。

镀金钨丝技术标准

镀金钨丝，指的是涂有一层黄金镀金的钨丝。其具有耐高温、耐腐蚀、熔点高、热膨胀系数低的特点。常常用于代替易腐蚀性的钨丝和钨铝丝用于复印机的电极，还 可用来作为理想的抗腐蚀性电子发射材料，可广泛应用于如高能物理、气象等科研领域。

在不同的领域，对镀金钨丝的要求各不相同，要求达到以下基本技术标准：
1 ：规格：Φ0.06-0.12mm
2 ：成分：镀层：Au≥99.9%  杂质≤0.1%
      基体丝 W≥99.92% 杂质符号 GB4181-84
3 ：镀层质量
    厚度：0.3μm；
    空隙度：金镀层具有连续性，不允许有基体丝裸露现象；
    附着力：镀金钨丝弯折180°后拉直或是加热190℃后放大4倍观察，无起泡、破裂或剥离显现。
    耐蚀性：在浓盐酸中浸蚀30min，放大4倍观察镀层无变化。
    硬度：HV＜91


外观：镀金钨丝表面光滑、无裂痕、麻点、鼓泡等一切使用上的有害缺陷，外表呈均匀的金黄色。

钨丝催化氧化环己酮合成己二酸影响因素-反应时间

钨丝催化氧化环己酮合成己二酸是以钨粉、钨酸、三氧化钨、环己酮等为原材料经过预处理和催化而合成的。在合成的过程中受到一定因素的影响，以下介绍因素之一反应时间。

反应时间对己二酸收益率的影响

反应时间（h）	4	5	6	7
收益率（%）	58.9	61.0	63.7	52.1

乙二酸收益率随反应时间的变化结果如上表，从以上表格数据可以看出，在其他条件一定的情况下，收益率随反应时间延长逐渐增大，当反应时间为6h的时候，收 益率最高，达到63.7%；然而，随着时间的继续延长却产生了副作用，收益率反而降低。综合考虑，为了使得钨丝催化氧化环己酮合成乙二酸达到最佳效果，应 将反应时间设定为6h。

催化氧化环己酮合成己二酸用钨丝

钨丝用途-催化氧化环己酮合成己二酸，主要是以钨丝为催化剂前驱物，30%H2O2为氧源合成己二酸。所需的材料有：钨粉、钨酸、三氧化钨、环己酮、30%H2O2、甲苯磺酸及市售钨丝。

制备的过程首先应对催化剂等材料进行预处理：将2mmol的钨酸、钨丝、钨粉和三氧化钨分别与50mL30%H2O2室温反应30min溶解浓缩至析出固 体物，过滤，室温真空干燥6h，得到粉状试样，再将该试样进行多次水洗，过滤，在120℃的环境中干燥1h后，将该试样装入有回流冷凝管和温度计的烧瓶 中，加入设计量的钨丝和30%H2O2，室温搅拌30min后加入100mmol环己酮，加热回流反应一定时间，反应液稍冷后转移至烧杯中，至冷藏室静置 狗爷析出产物固体，抽滤，水洗，室温干燥至恒重，滤液浓缩至20mL后，继续冷藏室静置过夜析出产物，该产物为己二酸。

钨丝熔渗非晶态合金弹芯

典型的非晶态材料组分为锆57%、铜15.4%、镍12.6%、铌5%、铝10%。而新型的钨丝熔渗非晶态合金，是将钨丝平行于弹芯轴向紧密排列后，用成 分为锆41.2%、钛13.7%、铜12.5%、镍10%、铍22.5%的基本合金进行熔渗，所制得的弹芯直径为6.35mm，其长度为31mm或 51mm。以该工艺所制备的弹芯，钨的体积分数约为80%，非晶态相约为20%，平均密度约为17g/cm³，熔渗后的弹芯中空隙率很小，一般低于2%。

钨丝熔渗非晶态合金弹芯的特点有：该复合材料对半无限铝合金靶板进行实验，表明钨丝熔渗非晶态合金弹芯头部几乎不形成蘑菇头，以1200m/s速度对 4130钢进行靶试，其侵彻约比常规钨合金弹芯提高10%。很明显侵彻深度的增加与存在金属玻璃相和该复合材料弹芯的“自锐”行为有关，也可能与金属玻璃 相或微晶态材料中很窄的局部剪切带引起的动态变形倾向所致，很大程度上提高了弹芯的作用，该工艺是近年来出现的新制备工艺，应组织力量加强该方面的研究工作。

掺杂钨丝电镀铬工艺影响因素-沉积时间

沉积时间对于掺杂钨丝电镀铬工艺也具有很大的影响。以下在固定电流密度为8-10A/d㎡，电解液温度为55℃的基础上，分析镀层厚度与电镀时间的关系。

表1-1  电镀时间对镀层厚度的影响

时间(h)	1	2	3	4	5	6
厚度(μm)	50	78	96	110	170	180

从以上表格数据可以看出，镀层的厚度与沉积时间成正比关系，电镀3h即可获得厚度不低于90μm的镀铬层。试验中还发现，电镀3h的镀层光亮，致密；但当 电镀时间超过3h后的镀层表面光亮度变差，这可能是因为随着电镀时间的增加，镀液靠近阴极部分的pH值升高，形成了一些铬的氢氧化物的缘故。因此，沉积时 间选择3h为宜。

掺杂钨丝电镀铬工艺影响因素-电流密度

掺杂钨丝电镀铬工艺，除了受到温度因素的影响之外，还受到电流密度因素的影响。以下在固定电解液温度为55℃，电镀时间为3h的基础上，分别在不同阴极电流密度下进行电镀，从而进一步分析得到的镀层厚度与电流密度的关系。

表1-1电流密度对镀层厚度的影响

电流密度（A/d㎡）	8	10	12	14	16
厚度（μm）	50	80	90	97	170

一般来说，电镀时，在其他工艺条件相同的情况下，随电流密度增大，镀层厚度不断增加，即阴极沉积速率不断增大，但表面质量变差。从以上表格数据可以看出， 随着电流密度的升高，镀铬溶液阴极效率增加，电流密度在8-10A/d㎡范围时，阴极沉积速率增加较快；电流密度在10-14A/d㎡范围内，阴极沉积速 率增加缓慢；当电流密度大于14A/d㎡时，阴极沉积速率增加很快。试验中还发现，当电流密度低于8A/d㎡时，镀层色泽较暗；当电流密度大于10A/d ㎡时色泽由光亮过渡到乳白色；当电流密度处于8-10A/d㎡范围内，可获得光亮、致密且保证一定厚度的镀层。因此，应将电流密度控制在8-10A/d ㎡。

掺杂钨丝电镀铬工艺影响因素-温度

温度是电镀工艺中一个重要的参数，在掺杂钨丝表面镀铬，固定电流密度为8-10A/d㎡、电镀时间为3h，以下通过表格数据分析温度对掺杂钨丝电镀铬工艺的影响：

温度(℃)	35	40	45	50	55	60
厚度(μm)	80	85	130	110	87	70

从以上表格数据可以看出，当温度＜45℃时，镀层的厚度随温度的升高而增加；当温度为45℃时，镀层厚度达到最大值；当温度大于45℃时，镀层厚度随温度 的升高问减小，这主要是由于随温度的升高，虽然有利于提高电流效率和高电流密度区覆盖能力，但是镀铬溶液的阴极效率会降低。此外，温度对镀层外观及质量也 会产生很大的影响。温度低时，电结晶过程较慢，阴极极化较大，有利于提高镀层结晶细致程度，但色泽较暗；温度高时，阴极极化较小，镀层表面较疏松，呈乳白色。

综合考虑温度对镀层表面质量和镀层厚度的影响这两方面因素，为了获得光亮、致密的镀层，同时保证镀层有一定的厚度，应将电镀温度控制在55℃为宜。