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铱及铱合金的加工

由于铱及其合金的高熔化温度、有限的延展性、对杂质含量的敏感性和特定的化学性质,因此被认为难以制造。总结了铱及其合金的各种加工方法,包括净化、熔化、成型、连接和粉末冶金技术。它还包括电镀、化学和物理气相沉积和熔融颗粒沉积。

介绍

铱及铱合金的加工

金属Ir它具有独特的性能组合,包括高熔化温度、高温强度、抗氧化性和耐腐蚀性,可用于一系列应用,特别是在高温下。然而,由于建议使用相同的特性,铱在许多情况下仍然是最终产品中最困难的材料之一。20年前在《华尔街日报》上发表的评论铱的历史突出了这一点(1)。本文的目的是总结过去20年Ir加工进度。在某些情况下,处理方法得到了改进和改进,在其他情况下,新的处理方法得到了满足Ir新应用。本文的范围仅限于纯度Ir和Ir合金材料的加工,包括Ir大部分成分。审查的加工方法包括净化、熔化、粉末加工、成型、连接和涂层   纯化

已证明Ir的纯度对标称纯金属及其合金(2,3)的机械性能都有重要影响。Ir与铂族金属(pgm)精矿通过常规化学精制或溶剂提取工艺(4)分离和纯化。在常规方法中,氧化铱溶解在王水中(浓硝酸和盐酸的混合物),并用氯化铵沉淀。经过一系列的溶解和沉淀,盐在氢气中加热生产Ir海绵。在溶剂提取方法中,从水溶液中浓缩了一系列有机液体pgms。然后可以将Ir沉淀并在氢气中加热生产Ir海绵。溶剂统的化学沉淀法相比,溶剂提取法可以提供成本和环境效益。海绵的纯度对加工细节和原材料都很敏感。据报道,溶解后的化学纯化Ir铂、铑、钯可以去除化合物,使其含量低于百万分之五(ppm)(5)。报废纯化和制造的一种方法是使用电沉积熔融盐溶液(6)Ir 。纯化可以有效去除许多贱金属,但对于其他一些金属(包括pgms)效果差。提纯高温冶金法。Ir废料的方法是在大气中感应熔化氧化镁坩埚,通过蒸发去除挥发性杂质,并以蒸汽或炉渣的形式去除形成氧化物的杂质(7)。虽然有些杂质(包括铁)不容易去除,但这是一种相对较低的成本方法。电子束熔化已用于纯化,对去除难熔金属元素(8、9)以外的大多数杂质有效。最近的工作处理了通过电子束熔化去除大量杂质元素(10)的方法。结果表明,由于与理想溶液行为的负偏差,电子束熔化没有去除钛、钒和锆(10)。此外,即使在最佳条件下,其他元素也只能部分去除。.6重量%的Ir蒸发条件下,对Ir纽扣的电子束熔化测量了定义为最终杂质含量与初始杂质含量的重量比的杂质比。铁、铝和铬的比率分别为0.004、0.014和0.06.杂质铂、硅和碳的中间比分别为0.11、0.2和0.3.结果表明,它与理想的混合和蒸发是一致的。观察到的杂质元素Fe,Al,Cr和Si其低活度系数解释了净化行为。

融化

Ir熔化通过感应熔化、电子束熔化和电弧熔化进行。感应熔化通常用于空气中氧化锆或氧化镁坩埚的初始熔化(11)。因为坩埚材料在Ir熔化温度(5)过度挥发,因此坩埚不适合真空。陶瓷夹杂物可以通过使用电子束、等离子体或与水冷铜坩埚电弧熔化来避免。Ir等离子体熔化约50 Pa在中等压力下进行,并通过杂质蒸发进行一些纯化,尽管其程度不如电子束熔化。在某些情况下,变形前的最终熔化操作(12)是电子束熔化(以上在纯化中讨论)。少量的纽扣电弧熔化Ir和Ir合金,特别是那些在熔化过程中容易挥发的合金。真空电弧重熔(VAR)适用于较大尺寸的熔体,并提供铸锭(13),具有较少或无内孔。VAR钢锭晶粒尺寸较大,定向凝固程度较大。3000 V的直流电(DC)在31 V下于31 V下以3000 A的直流电(DC)熔化27 mm63 直径电极生产63 mm直径的Ir合金锭,熔化率约为3 kg min -1。即使铸锭需要锻造或轧制,孔隙度的控制也很重要,因为即使发生大范围的热变形(如热挤压),熔化的铸锭中的孔隙度也可能永远不会完全密封(14)。

粉末冶金

粉末冶金法可用于制备坯料,用于后续热加工,生产完全致密的产品(15),但通过这些方法生产完全致密的近净形状的进展有限。pgms及其合金(包括纯Ir和Ir-Pt在合金)粉末冶金方法的研究中,纯Ir和Ir-30 wt。%Pt不适合压制和烧结,也不适合热等静压(HIP)(16)。Ir问题包括熔化温度高(不能使用标准气体雾化法)和HIP罐头材料在此期间受到污染。等离子旋转电极将通过等离子旋转电极工艺进行Ir-50 wt。%的Pt合金加工成粉末,通过HIP接近理论密度(16)。Ir粉末或海绵通常由晶体大小为1 μm的Ir晶体的附聚物和尺寸为10 μm至150 μm附聚物组成。Ir用于制造粉末烧结和后续热压Ir坩埚(17)。作为等离子体切割的电极材料,根据高熔化温度、电导率和低电子功率函数的必要组合,开发了一种重量为15%的铱复合材料(18)。该材料通过氢气中的2273 K压制烧结30分钟,获得94%的密度。含铌、钛、锆或ha最高合金添加量为15%Ir基合金采用脉冲电流烧结法在实验室内从预合金粉末中固结(19)。均质性高于元素粉末的早期工作,密度接近98%。还发现,元素粉末的使用不适合制备Ir四元合金在熔融合金(20)中无法获得所需的微观结构。粉末冶金已用于生产过滤器或其他用途的多孔Ir。传统的压制和烧结方法已经被用来制造和结合Ir多孔合金部件(21)Ir金属过滤器。在真空炉中使用石墨工具.5N 2面积22 N2173 K下进行粘合和最终烧结。达到理论值的47%的密度。随后在室温下压缩将密度提高到67%,以获得所需的过滤器流速。已经研究了浆料铸造作为生产密度和孔径受控的多孔Ir组分方法(22)。去除蜡粘合剂后,将样品放入氩气中1273 K预烧结1小时,密度达到33%。1473 K和1573 K真空下烧结1小时,密度分别为35%和46%。

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