CN102800381A - 良好直线度的金属丝及其制造方法与制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及良好直线度的金属丝及其制造方法与制造设备。更特别地，本方面涉及一种直线度良好的钽、铌金属丝，所述的钽、铌金属丝的直线度小于7/200，优选小于5/200，更优选小于3/200，并具有良好的表面光洁度。本发明还提供了制造具有上述良好直线度金属丝的方法以及制造设备。

Description

良好直线度的金属丝及其制造方法与制造设备

技术领域

本发明涉及具有良好直线度的金属丝及其制造方法与制造设备，特别是过渡金属丝，例如钽丝、铌丝。

发明背景

在各种技术中，经常需要具有良好直线度的金属丝。通常，测量直线度的方法为：从绕丝盘上取出约300mm长金属丝作为样品，将样品自由地放置在平面上，如图1所示，在样品上任意选取两点A、B之间长度为200mm的线段，测量金属丝弧ACB到直线AB的最大距离CD的长度(mm)，设其值为X(mm)，比值X/200即为直线度。

通常采用将金属丝拉弯矫直后再缠绕到收线盘上的方法来改善金属丝的直线度。具体地，在室温下，预先向金属丝施加一定的张力，并使其连续通过多个转动的矫直轮从而接受矫直轮施加的后续张力，金属丝在张力和多次弯曲的条件下发生局部塑性变形，从而使弯曲的金属丝变直。

然而，在这种方法中，预先向金属丝施加的张力和矫直轮向金属丝施加的后续张力共同作用，使金属丝在绕线盘上受到过大的张力，结果造成被矫直的金属丝因残余张力而再次在绕线盘上发生局部塑性变形。经数天放置后，从绕线盘上放出的金属丝又部分恢复弯曲，从而不能很好地满足直线度的要求。然而，如果向金属丝施加的张力不足，金属丝又不能充分被矫直，难以获得8/200以下的直线度，更难以获得7/200，特别是5/200以下的直线度。另外，由于金属丝在矫直中通过多个矫直轮，矫直轮的材质一般很硬，在高速旋转中常常导致矫直轮划伤金属丝表面，导致金属丝的表面光洁度不佳。

特别地，对钽丝和铌丝的直线度存在着更高的要求。钽丝在电子工业上用量最大，主要用于钽电解电容器的阳极引线。在电子工业中利用钽金属制造的电解电容器具有电容量大、漏电流小、稳定性好、可靠性高、耐压性能好、寿命长、体积小等突出特点，其大量用于国防、航空、航天、电子计算机、高档次的民用电器及各类电子仪表的电子线路中，而且能在许多其它电容器(如陶瓷、铝、簿膜等电容器)所不能胜任的严峻条件下正常工作。此外，钽丝还可用作真空电子阴极发射源，离子溅射及喷涂材料、医用材料等。

特别地，钽电解电容器日益小型化，对于阳极体厚度不到1mm的四方形电容器，准确地将钽丝埋入阳极体中心部位是很重要的。在阳极体制造过程中，需要将钽丝***钽粉中一起进行成型，这就要求钽丝1偏离阳极块2的中心轴不得大于1°(见图2)。因此，钽丝具有非常良好的直线度是必要的。

铌及铌合金由于其高熔点、耐腐蚀、冷加工性能好以及其它多方面的优良性能，因此在化学工业、电子行业和电光源行业得到越来越广泛的应用。纯铌丝在化学行业主要以焊接丝形式用于制作化工防腐设备；在电子行业，铌电容器阳极引线用铌丝正在兴起，已在低电压领域部分代替价格昂贵的钽丝，这种趋势正在逐步扩大；此外，纯铌丝在首饰制作行业也有较大量的应用。由于在铌中加入锆可明显提高材料的抗氧化性能和强度，铌锆合金丝材被广泛用来制造高压钠灯。特别地，铌丝在电容器中的用途也要求其具有良好的直线度与光洁度。

通常，利用前述方法获得的钽丝的直线度很差，不能满足要求。类似地，利用前述方法也不能获得具有满意直线度的铌丝。

因此，需要提供一种具有良好直线度的金属丝来满足相关需求，还需要提供一种制备具有良好直线度的金属丝的方法和设备来克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明是为了解决上述存在的各种技术问题而提出的。根据本发明的一个方面，提供了一种直线度小于7/200，特别是小于5/200的金属丝。

根据本发明的另一个方面，提供了制造具有良好直线度的金属丝(特别是过渡金属丝例如钽丝和/或铌丝)的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将金属丝从放线装置放出，送入加热炉；

(2)对金属丝施加张力以将其拉直，与此同时，在真空或惰性气氛中，在再结晶以上的温度下将金属丝加热1-15秒；

(3)将金属丝在直线状态下冷却到室温；

(4)在收线张力作用下，将金属丝缠绕在收线盘上，其中该收线张力优选为约400-1000克(g)。

根据本发明的又一个方面，提供了一种制造具有良好直线度的金属丝(特别是过渡金属丝例如钽丝和/或铌丝)的热拉矫直设备。该热拉矫直设备包括依次设置在金属丝10移动方向上的放线装置11、放线张力器12、上导线轮13、加热炉14以及与加热炉邻接的冷却室16、下导线轮17、收线张力器18和收线装置19。

另外，本领域技术人员应当理解，本文所述的“金属丝”中的“金属”不包括钠、钾、铷或铯等在常态下难以稳定存在的金属，也不包括汞或放射性金属。特别地，本文所述的金属选自过渡金属及其合金，更特别地，本文所述的金属选自钽、铌及其合金。

此外，本领域技术人员应当理解，本文所述的钽丝包括纯钽丝(即单质钽丝)和钽合金丝；本文中的铌丝包括纯铌丝(即单质铌丝)和铌合金丝。本文所述的过渡金属丝也应当作类似解释。

附图说明

图1是金属丝直线度的测量方法示意图；

图2显示了在钽电解电容器阳极块的制造过程中，对钽丝阳极引线的直线度的要求示意图；

图3a是本发明实施例1的钽丝的扫描电子显微照片(放大100倍)；

图3b是本发明实施例1的钽丝的扫描电子显微照片(放大100倍)；

图4a是根据本发明的方法的处理前的钽丝的微观结构照片(200×)，其中可见纤维状的组织；

图4b是根据本发明的方法的处理后的钽丝的微观结构照片(200×)，其中可见较明显的晶粒组织；和

图5简要地示出了在本发明的热拉矫直设备中制造具有良好直线度的金属丝的示意图。

具体实施方式

提供了如下非限制性的实施方案用于阐述本发明，这些实施方案仅是说明性的，并不限制本发明的范围。

[1].一种金属丝，其具有小于7/200的直线度。

[2].实施方案[1]的金属丝，其具有小于5/200的直线度。

[3].实施方案[1]的金属丝，其具有小于3/200的直线度。

[4].实施方案[1]-[3]中任一项的金属丝，其中该金属丝为过渡金属丝。

[5].实施方案[1]-[3]中任一项的金属丝，其中该金属丝为选自钽丝、铌丝及钽铌合金的金属丝。

[6].实施方案[1]-[3]中任一项的金属丝，其中该金属丝具有0.06-1.0mm的直径。

[7].实施方案[1]-[3]中任一项的金属丝，其中该金属丝具有0.15-0.8mm的直径。

[8].实施方案[1]-[3]中任一项的金属丝，其中该金属丝具有0.35-0.65mm的直径。

[9].一种制造金属丝的方法，该方法依次包括如下步骤：

(1)将金属丝从放线装置放出，送入加热炉；

(2)对金属丝施加张力以将其拉直，与此同时，在真空或惰性气氛中，在再结晶以上的温度下将金属丝加热；

(3)将金属丝在直线状态下冷却到室温；

(4)将金属丝缠绕在收线盘上，从而得到具有小于7/200，特别是小于5/200的直线度的金属丝。

[10].实施方案[9]的方法，其中该金属丝为过渡金属丝。

[11].实施方案[9]的方法，其中该金属丝为钽丝。

[12].实施方案[9]的方法，其中该金属丝为铌丝。

[13].实施方案[9]-[12]任一项的方法，其中在步骤(5)中，在将金属丝缠绕在收线盘的同时施加约400-1000g的收线张力。

[14].实施方案[9]-[12]任一项的方法，其中该收线张力优选为约500-900g。

[15].实施方案[9]-[12]任一项的方法，其中该收线张力优选为约650-800g。

[16].实施方案[9]-[12]任一项的方法，其中加热时间为1-15秒。

[17].实施方案[9]-[12]任一项的方法，其中加热时间为3-12秒。

[18].实施方案[9]-[12]任一项的方法，其中加热时间为5-10秒。

[19].实施方案[11]的方法，其中加热温度为1300℃-1950℃。

[20].实施方案[11]的方法，其中加热温度为1450-1800℃。

[21].实施方案[11]的方法，其中加热温度为1580-1750℃。

[22].实施方案[12]的方法，其中加热温度为1050℃-1800℃。

[23].实施方案[12]的方法，其中加热温度为1180-1700℃。

[24].实施方案[12]的方法，其中加热温度为1300-1580℃。

[25].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中施加的放线张力为3-100g。

[26].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中施加的放线张力为10-80g。

[27].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中施加的放线张力为30-60g。

[28].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中所述惰性气氛为氩气。

[29].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中该金属丝具有0.06-1.0mm的直径。

[30].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中该金属丝具有0.15-0.8mm的直径。

[31].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中该金属丝具有0.35-0.65mm的直径。

[32].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中在将金属丝缠绕在收线盘之前，使金属丝经过导轮和/或排线器。

[33].实施方案[9]-[12]中任一项的方法，其中在将金属丝缠绕在收线盘之前，使金属丝依次经过导轮和排线器。

[34].一种制造具有小于7/200，特别是5/200的直线度的金属丝的热拉矫直设备，该热拉矫直设备包括依次设置在金属丝10移动方向上的放线装置11、放线张力器12、上导向轮13、适于将金属丝加热到再结晶温度以上的加热炉14、与加热炉邻接的冷却室16、下导向轮17、收线张力器18和收线装置19。

[35].实施方案[34]所述的热拉矫直设备，其中所述收线装置为圆柱形的收线盘。

[36].实施方案[34]所述的热拉矫直设备，其中所述收线盘的直径为Φ200-Φ300mm。

[37].实施方案[34]所述的热拉矫直设备，其中所述金属丝为过渡金属丝。

[38].实施方案[34]所述的热拉矫直设备，其中所述金属丝为钽丝或铌丝。

[39].实施方案[34]-[38]的热拉矫直设备，其中所述金属丝的直径为0.06-1.0mm。

[40].实施方案[34]-[38]中任一项的热拉矫直设备，其中该金属丝具有0.15-0.8mm的直径。

[41].实施方案[34]-[38]中任一项的热拉矫直设备，其中该金属丝具有0.35-0.65mm的直径。

[42].实施方案[1]-[8]中任一项所述的金属丝，在电解电容器中的用途。

[43].通过实施方案[9]-[33]方法获得金属丝，在电解电容器中的用途。

[44].利用实施方案[34]-[41]中任一项所述的热拉矫直设备制造的金属丝，在电解电容器中的用途。

[45].通过实施方案[11]所述的方法制造的钽丝，用于制造电解电容器、真空电子阴极发射源，离子溅射及喷涂材料和医用材料的用途。

[46].通过实施方案[11]所述的方法制造的钽丝，用于制造电解电容器的用途。

[47].实施方案[1]-[8]中任一项所述的金属丝，在电解电容器中用作阳极引线的用途。

[48].通过实施方案[12]所述的方法制造的铌丝，用于制造高压钠灯和电解电容器的用途。

[49].通过实施方案[12]所述的方法制造的铌丝，用于制造电解电容器的用途。

[50].通过实施方案[12]所述的方法制造的铌丝，在电解电容器中用作阳极引线的用途。

此外，本领域技术人员公知，本发明的热拉矫直设备可以是为立式的、卧式的、甚至是斜式的。

本领域技术人员应理解，在本发明给出的温度范围内，如果加热区温度较高，则金属丝在加热区的滞留时间可以较短，生产效率较高；如果加热区温度较低，金属丝在加热区的滞留时间应较长。另外，本领域技术人员公知，如果金属丝的直径较细，则加热区温度可以较低，滞留时间较短；如果金属丝较粗，则加热区温度应较高，滞留时间较长。

根据本发明方法，如果金属丝直径较粗，则放线张力和收线张力应较大；如果金属丝的直径较细，则放线张力和收线张力应较小。

图4显示了是根据本发明进行处理之前(a)和之后(b)的钽丝的微观结构照片的对比。从图中可见，前者主要具有纤维状的组织，后者则具有较明显的晶粒组织。

图5简要地示出了在本发明的热拉矫直设备中制造具有良好直线度的金属丝的优选实施方案的示意图。将待处理的金属丝10从放线装置11引出后，首先由张力器12向金属丝10施加一定的放线张力，该张力有利于直线度，而且避免丝挂炉壁等；金属丝10通过上导向轮13后，与加热炉14轴线平行地进入加热炉14，将炉中温度设定为再结晶温度或更高，从惰性气体导入口15通入惰性气体，以防止金属丝在加热过程中被氧化；调整收线盘收线速度，使金属丝的每个部位在通过加热区时的滞留时间为1-15秒，在高温下，消除了金属丝的加工应力，实现再结晶，在张力的作用下，加热中的金属丝得到拉直；然后使经拉直的金属丝进入冷却室16进行降温直到室温；金属丝10从冷却室16出来经下导向轮17到达张力器18，该张力器18对金属丝10施加一定的收线张力，从而将金属丝10缠绕在由驱动机构带动的收线盘19上，从而得到直线度良好金属丝。

为了进一步阐述本发明的制造具有良好直线度的金属丝，给出了实施例1-9。在这些实施例中，采用本发明的热拉矫直设备。其中，放线装置11是直径为200mm的放线盘。加热炉中的加热区具有约为500mm的长度。加热炉中设置有测温用的热电偶。冷却室16具有长度约1400mm的水冷夹套。收线装置19是直径为200-300mm的收线盘。

实施例1

如上所概述地，将直径为0.20mm的钽丝，按照图4的示例将钽丝10从放线装置11放出，经过张力器12、上导向轮13、进入加热炉14、冷却室16，从冷却室16出来后经过导向轮17和收线张力器18，穿引到收线盘19上。然后，通入氩气使压力稍微正压(约0.105MPa)约5分钟，置换掉腔内的空气。此后，将钽丝从放线盘11引出，由张力器12向钽丝10施加约10g的放线张力，钽丝通过导向轮13进入加热炉14。将加热炉加热区的温度调整到1750℃，收线张力调整为约500g，收线盘以18米/分钟的速度收线，使钽丝在加热区通过时滞留约1.7秒；持续进行该操作直到把放线装置上的整根钽丝绕到收线装置19上，完成良好直线度钽丝的制备。

实施例2-7

按照与实施例1的大体相同的方式，制备了实施例2-7的钽丝。各实施例的具体制备条件参见下表1。

将按照本发明方法制备的钽丝缠绕在直径为300mm的绕线盘上，经过放置45天后，测定钽丝的直线度。对每个实施例的钽丝取3段样品，在每个样品的任意两点AB线段为200mm的弧ACB间，测量钽丝上到直线AB最大距离X(mm)的长度，将3次X的平均值计为X′，X′/200即为直线度。各实施例的直线度参见表1。

表1实施例1-7的钽丝的具体制备条件及所得的直线度

图3a为本发明实施例1钽丝的扫描电子显微镜的照片，照片显示放大200倍情况下，令人惊讶地发现，钽丝表面具有良好光洁度，而无连续的划伤痕迹。

实施例8-9

按照与实施例的大体相同的方式制备了实施例8-9的铌丝，具体制备条件详见表2。

直线度的测量方法如同实施例1-7，测量结果参见表2。

表2实施例8-9的钽丝的具体制备条件及测量结果

从表1和表2可知，按照本发明方法制造的钽丝、铌丝均具有小于7/200，特别是5/200的直线度，并保持了良好的表面光洁度。这些性质足以使其较理想地满足用于电解电容器的需要。

虽然仅给出了钽丝和铌丝的实施例，但是，本领域技术人员结合公知常识可以确定本发明适于其它具有相似的力学和热学性能金属丝的具体制备条件，所述金属丝例如但不限于过渡金属及其合金的金属丝。

应注意，以上所提供的实施例仅仅是说明性质的，并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员可以对本文所公开的实施方案进行任何必要的修改和/或改良而不背离由权利要求书所确定的范围。

Claims (9)

1.一种金属丝，优选是过渡金属例如钽丝、铌丝，其具有小于7/200的直线度，优选具有小于5/200的直线度，更优选具有小于3/200的直线度。

2.权利要求1的金属丝，其中该金属丝具有0.06-1.0mm的直径，优选具有0.15-0.8mm的直径，学院具有0.35-0.65mm的直径。

3.一种制造优选选自过渡金属特别是钽丝、铌丝或钽铌合金丝的金属丝的方法，该方法依次包括如下步骤：

(1)将金属丝从放线装置放出，送入加热炉；

(2)对金属丝施加张力以将其拉直，与此同时，在真空或惰性气氛中，在再结晶以上的温度下将金属丝加热；

(3)将金属丝在直线状态下冷却到室温；

(4)将金属丝缠绕在收线盘上，从而得到具有小于7/200，特别是5/200的直线度的金属丝。

4.权利要求3的方法，其中在将金属丝缠绕在收线盘的同时施加约400-1000g的收线张力，优选地该收线张力为500-900g，更优选地该收线张力为650-800g。

5.权利要求3的方法，其中加热时间为1-15秒，优选地，加热时间为3-12秒，更优选地，加热时间为5-10秒。

6.权利要求3的方法，其中施加的放线张力为3-100g，优选10-80g，更优选30-60g。

7.权利要求3的金属丝，其中该金属丝具有0.06-1.0mm的直径，优选地具有0.15-0.8mm的直径，更优选地具有0.35-0.65mm的直径。

8.一种制造具有小于7/200，特别是5/200的直线度的金属丝(优选过渡金属特别是钽丝、铌丝或其合金丝)的热拉矫直设备，该热拉矫直设备包括依次设置在金属丝10移动方向上的放线装置11、放线张力器12、上导向轮13、适于将金属丝加热到再结晶温度以上的加热炉14、与加热炉邻接的冷却室16、下导向轮17、收线张力器18和收线装置19。

9.权利要求1的金属丝，通过权利要求3的方法制造的金属丝，或通过权利要求8的设备制造的金属丝，在电解电容器中的用途。

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