一种Ni‑W‑Ca‑Al氧化物阴极基金属材料及其制造方法技术

本发明专利技术是介绍一种Ni‑W‑Ca‑Al氧化物阴极基金属材料及其制造方法，其技术要点是：它是以金属钨、钙、铝为主要成分，镍为基体合金，本发明专利技术是通过在真空感应熔炼炉中经高温熔化、精炼、冷凝结壳浇铸成型等步骤，再轧制成相应厚度的合金成品，本发明专利技术由于具有性能可靠、使用寿命长、最高激活温度低等特点，其试验具体平均寿命为1898小时,最高激活温度为945℃，发射电流平均值16.5mA，抗拉强度平均值为823N/mm2，各项性能值均比Ni‑W阴极基材料的性能值优异。本发明专利技术具有良好的加工性能，可生产不同规格的板带材，广泛应用于电子系统，是制造高可靠超高频管及长寿命显像管的核心材料。

A Ni W Ca Al based metal oxide cathode material and its manufacturing method

The present invention is to introduce a Ni W Ca Al based metal oxide cathode material and its manufacturing method, the key point is using metal tungsten, calcium and aluminum as the main component, nickel base alloy, the invention is adopted in vacuum induction melting furnace with high temperature melting, refining and casting crust condensation molding steps, rolled into the corresponding thickness of the alloy, the invention has reliable performance, long service life, low temperature the highest activation, the specific test average life expectancy is 1898 hours, the highest activation temperature of 945 DEG C, the emission current average 16.5mA, the average tensile strength is 823N/mm2, the performance value than the performance of Ni W cathode material base excellent value. The invention has good processing performance, can produce different specifications of the plate and strip, and is widely used in the electronic system, and is the core material for the manufacture of the high reliable super high frequency tube and the long life picture tube.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧化物阴极基金属领域，具体地说是一种Ni-W-Ca-Al氧化物阴极基金属材料及其制造方法。
技术介绍
镍钨合金常用作旁热式氧化物阴极的基金属材料。一般旁热式氧化物阴极，是在基金属上涂覆一层碱土金属碳酸盐，经过分解激活后成为一种良好的发射体。阴极材料的涂层一般是由钡锶钙的碳酸盐、有机溶剂、增塑剂和粘结剂组成。在阴极的工作温度下，基金属需要具有足够的机械强度，能向提供涂层提供激发元素、同时热稳定性良好，蒸发小，并且具有良好的真空性能和加工性能。现有的基金属材料一般采用镍及镍合金等，由于机械强度小、激活剂少，激活温度高、化学性能不稳定，是造成器件的使用寿命短，使发射效率降低，影响阴极寿命。
技术实现思路
本专利技术针对以上的问题，提供一种Ni-W-Ca-Al氧化物阴极基金属材料及其制造方法，本专利技术大幅度提高氧化阴极的使用寿命。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的，改变Ni-W-Ca-Al合金的成分的重量百分比组成为：Ni为余量，W:2.5~4.5%，Ca：0.1~0.19%，Al：0.1~0.2%，Cu≤0.02%,Si≤0.01%,Mn≤0.02%,C≤0.05%,Mg≤0.03%,Fe≤0.03%,Zn≤0.003%，P+Pb+Sn+Bi+Sb+Cd+S≤0.002%。本专利技术Ni-W-Ca-Al合金优选的重量的百分比组成为：Ni为余量，W:3.0~4.0%,Ca：0.1~0.19%，Al：0.1~0.2%，Cu≤0.02%,Si≤0.01%,Mn≤0.02%,C≤0.05%,Mg≤0.03%,Fe≤0.03%,Zn≤0.003%,P+Pb+Sn+Bi+Sb+Cd+S≤0.002%.本专利技术还包括一种Ni-W-Ca-Al氧化物阴极基金属材料的制造方法：其特征在于：其制造方法为：将电解镍、金属钨、金属钙和金属铝为原料，各组分按要求的重量百分比设计重量；将电解镍、钨条和铝块装入氧化铝坩埚内，金属钙装入加料器，封炉并抽真空，给真空感应熔炼炉送电开始熔化金属，熔化功率为50~60KW；待真空度达到5×10-3mm/Hg柱时，调功率30-40KW，精炼20~30分钟后，停电冷凝至金属液表面结壳；再送电熔化后，充Ar2至400mmHg柱，加金属钙，倾炉2-4次，待60-90秒，带电浇铸成铸锭,浇铸温度为1550~1650℃；对铸锭进行化学分析，取化学成分合格的铸锭，车光去皮；将车光去皮的铸锭进行热锻和热轧，热锻温度与热轧温度为900~950℃，然后冷轧，轧制中间退火温为750~850℃，固溶温度为810~840℃，成品前轧制加工率为35~39%，轧制道次加工率10~20%左右，两火之间的总加工率控制在40~44%。本专利技术大幅度地提高了氧化物阴极的寿命。经过大量的实验，最终采取加入金属Ca、Al的方式，在镍钨合金中加入Ca、Al，不仅具有镍钨合金所具有的良好的高温稳定性和耐震性能，同时Ca、Al还能为碱金属碳酸盐涂层提供适量的还原剂，提高阴极的活性，从而提高阴极的效率，使氧化阴极的寿命得到大幅度提高。本专利技术与氧化物阴极基金属材料Ni-W合金相比有如下优点：1、本专利技术材料Ni-W-Ca-Al合金的最高激活温度为945℃，Ni-W合金的最高激活温度为1030℃。本专利技术材料激活温度比Ni-W合金降低了8.25%，使阴极的效率得到提高。2、本专利技术材料Ni-W-Ca-Al合金的平均发射为16.5mA，Ni-W合金的平均发射为11.65mA，本专利技术材料的平均发射比Ni-W合金的平均发射提高41.63%，提高了阴极的活性。3、本专利技术材料Ni-W-Ca-Al合金最为氧化阴极的基金属材料，在900℃下使用平均使用寿命是1898小时，Ni-W合金在900℃下使用平均使用寿命是1519小时，最高寿命可达1813小时。本专利技术材料的平均使用寿命比Ni-W合金的平均使用寿命提高25%，提高了阴极的寿命。4、本专利技术的Ni-W-Ca-Al合金的抗拉强度的平均值为823N/mm2,Ni-W合金的抗拉强度为717N/mm2，比Ni-W合金的抗拉强度提高了14.8%，增加了阴极材料的强度。本专利技术使用真空感应熔炼炉进行熔炼，保证了熔炼环境的清洁，净化了产品的纯净度，防止有害杂质影响材料的使用性能。该制造方法使用真空退火工艺。采用真空充氩气保护退火，很大程度的保护了带材表面质量。下面将通过实例对本专利技术作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本专利技术其中的例子而已，并不代表本专利技术所限定的权利保护范围，本专利技术的权利保护范围以权利要求书为准。具体实施方式：实施例1（1）以镍、钨、钙、铝为原料配制合金料，各组分设计质量分别为镍48.63千克，钨1.25千克，钙0.075千克，铝0.05千克（分步骤装入型号为ZG0.050的25公斤真空感应炉中）。操作如下：将电解镍、钨条和铝块装入氧化铝坩埚内，金属钙装入加料器，封炉并抽真空，给真空感应熔炼炉送电开始熔化金属,熔化功率为50~60KW；待真空度达到5×10-3mm/Hg柱时，调功率30-40KW，精炼20~30分钟后，停电冷凝至金属液表面结壳；再送电熔化后，充Ar2至400mmHg柱，加金属钙，倾炉2-4次，待60-90秒，带电浇铸成铸锭,浇铸温度为1550~1650℃。冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分分析。（2）取化学成分合格的铸块进行表面打磨处理后，进行热锻和热轧，热锻造温度与热轧温度为900~950℃，轧制中间退火温750~850℃，固溶温度810~840℃，两次退火间总加工率控制在40~44%，轧制道次加工率10%~20%左右，成品前轧制道次加工率为35~39%，最终轧制出规格为0.2mm厚的带材。各工序说明：1.原料需要选择高品质的电解镍、钨条、金属钙、铝锭；2.装料之前认真清理炉口及炉子上表面卫生，避免残留其他异物的存在。3.浇铸后期慢速浇铸进行补缩，减小缩孔深度，以保证铸锭内部质量。成分分析：Ni余量，W:2.5~4.5%，Ca：0.1~0.19%，Al：0.1~0.2%，Cu≤0.02%,Si≤0.01%,Mn≤0.02%,C≤0.05%,Mg≤0.03%,Fe≤0.03%,Zn≤0.003%,P+Pb+Sn+Bi+Sb+Cd+S≤0.002%,分析方法略。4.铸块规格为40×120×500（mm），经过表面打磨后厚度为36~35（mm），以表面无缺陷为准。5.铸块加热到900~950℃，经第一次热轧开坯至15mm，表面修理后，在经第二次热轧至7mm，表面修理后，进行第三次热轧至3.5mm，经表面处理后进行冷轧。6.中间道次间真空退火温度为750-850℃，保温时间为2.5-3小时，两次退火间的总加工率为40-44%之间，轧制道次加工率为10-20%左右，成品加工率控制在35-39%，加工成成品。实施例2（1）以镍、钨、钙、铝为原料配制合金料，各组分设计质量分别为镍48.38千克，钨1.5千克，钙0.05千克，铝0.075千克（分步骤装入型号为ZG0.050的25公斤真空感应炉中）。操作如下：将电解镍、钨条和铝块装入氧化铝坩埚内，金属钙装入加料器，封炉并抽真空，给真空感应熔炼炉送电开始熔化金属,熔化功率为50~60KW；待真空度达到5×10-3mm/Hg柱时，调功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ni‑W‑Ca‑Al氧化物阴极基金属材料，其特征在于：该镍基合金成分的重量百分比组成为：Ni为余量，W：2.50~4.5%，Ca：0.1~0.19%，Al：0.1~0.2%，其他杂质成分要控制在一定范围：Cu≤0.02%，Si≤0.01%，Mn≤0.02%，C≤0.05%，Mg≤0.03%，Fe≤0.03%，Zn≤0.003%，P+Pb+Sn+Bi+Sb+Cd+S≤0.002%。

【技术特征摘要】
1.一种Ni-W-Ca-Al氧化物阴极基金属材料，其特征在于：该镍基合金成分的重量百分比组成为：Ni为余量，W：2.50~4.5%，Ca：0.1~0.19%，Al：0.1~0.2%，其他杂质成分要控制在一定范围：Cu≤0.02%，Si≤0.01%，Mn≤0.02%，C≤0.05%，Mg≤0.03%，Fe≤0.03%，Zn≤0.003%，P+Pb+Sn+Bi+Sb+Cd+S≤0.002%。2.根据权利要求1所述的Ni-W-Ca-Al氧化物阴极基金属材料，其特征在于：镍基合金成分的重量百分比组成为：Ni为余量，W:3.0~4.0%,Ca：0.1~0.19%，Al：0.1~0.2%，其他杂质成分要控制在一定范围：Cu≤0.02%,Si≤0.01%,Mn≤0.02%,C≤0.05%,Mg≤0.03%,Fe≤0.03%,Zn≤0.003%,P+Pb+Sn+Bi+Sb+Cd+S≤0.002%。3.一种Ni-W-Ca-Al氧化物阴极基金属材料的制造方法：其特征在于：其制造方法为：将电解镍、金属钨、金属钙和金属铝为原料，各组分按要求的重量百分比设计重量；将电解镍、钨条和铝块装入氧化铝坩埚内，金属钙装入加料器，封炉并抽真空，给真空感应熔炼炉送电开始熔化金属，熔化功率为50~60KW；待真空度达到5×10-3mm/Hg柱时，调功率30-40KW，精炼20~30分钟后，停电冷凝至金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪晓琳，肖凯，龙滨，于振山，李思思，陈为国，王志强，白杨，姚琳，
申请(专利权)人：沈阳有色金属研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21