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摘要：通过对钽铌合金丝加工过程及产品性能的研究，对加工后的钽铌合金丝产品性能即主要化学杂质、产品尺寸、力学性能、电性能、抗氧脆性、外观质量参照《电容及用钽丝》国家标准进行了数据对比，确定钽铌合金丝能够替代钽丝应用于钽电容器阳极引线领域。
关键词：钽铌合金丝 钽电容器阳极引线 工艺流程 性能对比
引言：
钽作为一种难熔金属，在地壳中的含量仅为百万分之二左右，但其在通讯、计算机、汽车、家电、航空航天等领域均有着不可替代的作用。以钽丝为阳极引线的钽电解电容器具有优异的永和性能，包括体积小、电容量大、片式化程度高、可靠性好、使用寿命长等特点；因此能在许多其他电容器（如陶瓷、铝箔膜等电容器）无法胜任的苛刻条件下正常工作。但另一方面，钽这种“贵族金属”原料少、价格高使其只能集中应用在高科技领域，这也对钽电容器带来了一些不利的影响。而铌与钽同属VB族金属元素，他们性质相似，在矿物中共存，其资源丰富、产能大、市场供应充足、价格也相对稳定，因此使用钽铌合金丝替代钽丝成为电容器阳极引线可以有效降低钽电容器的成本。为此，本文将介绍采用粉末冶金法制取钽点解电容器阳极引线用钽铌合金丝制造方法及其与钽丝的性能对比，研究钽铌合金丝在未来替代钽丝成为点解电容器阳极引线的可能性。
2 实验过程
2.1生产工艺流程
实验采用粉末冶金法进行钽铌合金丝的制取，按照图1流程进行钽铌合金丝材加工。
2.2试验方法
使用Ta粉与Nb粉使用Y型混料机混料60min后粉末平均FSSS粒径5.88μm，松装比重4.74g/cm3，杂质含量见表1：
采用等静压圆条压制方法，将混合均匀的粉末装入乳胶包套，最大成型压力为200MPa-250MPa，保压时间10-20min。用真空垂熔烧结炉，以坯条自身为电阻进行加热，钽和铌作为同族相似元素，无论在液态或是固态下均无限互溶，根据本实验中钽和铌的比例，真空烧结过程中保高温功率为100KW-110KW，保温2h-4h。用两辊轧机将坯料加工至Φ8mm，期间还要经过再结晶退火。
再结晶退火后的钽铌合金丝材使用合適的润滑剂及硬质合金或金刚石模具在连续拉丝机拉拔至相应的尺寸。拉至成品规格的钽铌合金丝材表面存在油污，使用超声波清洗设备配合水溶性生物降解洗涤剂可以达到有效去除油污的目的。根据产品供应状态，软态（M）产品要经过热处理才能满足供应需求。
3.试验结果与讨论
电容器用钽铌合金丝作为电容器用钽丝的替代产品需满足GB/T 26012-2010《电容器用钽丝》国家标准，因此针对标准中提到的杂质含量、直径及允许偏差及椭圆度、力学性能、电性能、抗氧脆性和外观质量分别进行了检测，并与我厂生产的钽丝进行了关键性能的对比，结果如下：
3.1主要化学杂质（表2）：
对于粉末冶金法加工的丝材，影响其杂质含量的主要因素是原材料粉末的纯度，相较于钽丝，钽铌合金丝中使用的铌粉为熔炼破碎粉末，这种粉末在脱氢降氧过程中会受设备真空性能的影响造成O、N含量有所增加，而O在垂熔烧结过程中会与粉末中的熔点较低的Fe、Si、Ni、Cr、Mn等元素形成低价氧化物于1500℃-1800℃挥发，钽和铌的N化物通常很稳定，但在加热到2400℃以上时也会大量分解，以气体形式溢出。因此只要保证垂熔烧结温度在2400℃以上并保证一定的保温时间，就能够保证钽铌合金坯料中的杂质含量满足后续加工及电容器阳极引线的需要。
3.2产品尺寸（表3）：
影响产品尺寸的主要因素是模具尺寸及拉拔润滑情况在使用相同尺寸的模具及润滑系统的情况下，钽铌合金丝直径尺寸较钽丝偏小，主要原因是钽铌合金丝硬度低造成在拉拔以及后续加工过程中的轻微变形。
3.3力学性能（表4）
无论是钽丝还是钽铌合金丝，在拉拔过程中均会存在抗拉强度逐渐提高的现象，钽铌合金丝在拉拔过程中压缩率达到80%时，抗拉强度增加约60%，因此控制拉拔加工率就可以满足产品对抗拉强度的要求。
3.4电性能（表5）
电容器阳极引线的漏电流作为检测其电性能的重要标准，无论是钽丝还是钽铌合金丝均是将样品赋能后置于测量仪中，接通测量仪表后，在180V电压下负荷2min，然后在仪表中读出漏电流（μA）再换算为单位面积的漏电流值，从表5检测结果来看，相同规格的钽丝和钽铌合金丝的漏电流差异不大，均能满足钽电容器使用要求。
3.5抗氧脆性（表6）
钽丝或钽铌合金丝压入阳极块成型后，經1800℃/30min高温烧结后，可成功经受一系列弯曲的次数，造成钽电容器阳极引线脆断的主要原因是丝材经高温烧结后晶粒粗大造成的，从图2、图3中可以看出钽丝和钽铌合金丝经1360℃热处理后晶粒尺寸无明显差异，抗氧脆性检测结果也相当。
3.6外观质量
而图4中两种规格的钽铌合金丝在150倍和200倍放大下均不存在上述现象。
4.结论
4.1采用本文中提供的生产工艺流程可以生产出合格的钽铌合金丝材，生产过程稳定，不良品率低。
4.2通过与电容器阳极用引线用钽丝的关键性能对比钽铌合金丝完全能够替代钽丝应用于钽电容器领域。
参考文献：
[1]郭青蔚.现代钽铌冶金学 [M].北京：冶金工业出版社2009.
[2]马福康.等静压技术 [M] 北京：冶金工业出版社1991.
[3]张义文.热等静压冷却速度对粉末冶金高温合金组织及性能的影响 [J]粉末冶金工业，2010，11（6）20-26
[4]姬成岗.粉末冶金压坯裂纹与防治 [J]1矿冶，2012，6（2）21-28
[5]王安久. 电容器发展概况 [J]钽铌工业进展，2017，6（137）1-2
[6]沈晓峰 金属丝材拉拔工 [M] 北京：中国建材工业出版社2011.5
[7]陈振华 现代粉末冶金技术[M] 北京：化学工业出版社 2013.2
[8]阮建明 粉末冶金原理[M] 北京：机械工业出版社 2012.3
作者简介：
韩鹏（1989-），男，汉族，本科，助理工程师，河北省安国县人，工作单位，宁夏东方钽业股份有限公司钽丝分厂，从事钽丝的研发及日常生产研究工作。
关键词：钽铌合金丝 钽电容器阳极引线 工艺流程 性能对比
引言：
钽作为一种难熔金属，在地壳中的含量仅为百万分之二左右，但其在通讯、计算机、汽车、家电、航空航天等领域均有着不可替代的作用。以钽丝为阳极引线的钽电解电容器具有优异的永和性能，包括体积小、电容量大、片式化程度高、可靠性好、使用寿命长等特点；因此能在许多其他电容器（如陶瓷、铝箔膜等电容器）无法胜任的苛刻条件下正常工作。但另一方面，钽这种“贵族金属”原料少、价格高使其只能集中应用在高科技领域，这也对钽电容器带来了一些不利的影响。而铌与钽同属VB族金属元素，他们性质相似，在矿物中共存，其资源丰富、产能大、市场供应充足、价格也相对稳定，因此使用钽铌合金丝替代钽丝成为电容器阳极引线可以有效降低钽电容器的成本。为此，本文将介绍采用粉末冶金法制取钽点解电容器阳极引线用钽铌合金丝制造方法及其与钽丝的性能对比，研究钽铌合金丝在未来替代钽丝成为点解电容器阳极引线的可能性。
2 实验过程
2.1生产工艺流程
实验采用粉末冶金法进行钽铌合金丝的制取，按照图1流程进行钽铌合金丝材加工。
2.2试验方法
使用Ta粉与Nb粉使用Y型混料机混料60min后粉末平均FSSS粒径5.88μm，松装比重4.74g/cm3，杂质含量见表1：
采用等静压圆条压制方法，将混合均匀的粉末装入乳胶包套，最大成型压力为200MPa-250MPa，保压时间10-20min。用真空垂熔烧结炉，以坯条自身为电阻进行加热，钽和铌作为同族相似元素，无论在液态或是固态下均无限互溶，根据本实验中钽和铌的比例，真空烧结过程中保高温功率为100KW-110KW，保温2h-4h。用两辊轧机将坯料加工至Φ8mm，期间还要经过再结晶退火。
再结晶退火后的钽铌合金丝材使用合適的润滑剂及硬质合金或金刚石模具在连续拉丝机拉拔至相应的尺寸。拉至成品规格的钽铌合金丝材表面存在油污，使用超声波清洗设备配合水溶性生物降解洗涤剂可以达到有效去除油污的目的。根据产品供应状态，软态（M）产品要经过热处理才能满足供应需求。
3.试验结果与讨论
电容器用钽铌合金丝作为电容器用钽丝的替代产品需满足GB/T 26012-2010《电容器用钽丝》国家标准，因此针对标准中提到的杂质含量、直径及允许偏差及椭圆度、力学性能、电性能、抗氧脆性和外观质量分别进行了检测，并与我厂生产的钽丝进行了关键性能的对比，结果如下：
3.1主要化学杂质（表2）：
对于粉末冶金法加工的丝材，影响其杂质含量的主要因素是原材料粉末的纯度，相较于钽丝，钽铌合金丝中使用的铌粉为熔炼破碎粉末，这种粉末在脱氢降氧过程中会受设备真空性能的影响造成O、N含量有所增加，而O在垂熔烧结过程中会与粉末中的熔点较低的Fe、Si、Ni、Cr、Mn等元素形成低价氧化物于1500℃-1800℃挥发，钽和铌的N化物通常很稳定，但在加热到2400℃以上时也会大量分解，以气体形式溢出。因此只要保证垂熔烧结温度在2400℃以上并保证一定的保温时间，就能够保证钽铌合金坯料中的杂质含量满足后续加工及电容器阳极引线的需要。
3.2产品尺寸（表3）：
影响产品尺寸的主要因素是模具尺寸及拉拔润滑情况在使用相同尺寸的模具及润滑系统的情况下，钽铌合金丝直径尺寸较钽丝偏小，主要原因是钽铌合金丝硬度低造成在拉拔以及后续加工过程中的轻微变形。
3.3力学性能（表4）
无论是钽丝还是钽铌合金丝，在拉拔过程中均会存在抗拉强度逐渐提高的现象，钽铌合金丝在拉拔过程中压缩率达到80%时，抗拉强度增加约60%，因此控制拉拔加工率就可以满足产品对抗拉强度的要求。
3.4电性能（表5）
电容器阳极引线的漏电流作为检测其电性能的重要标准，无论是钽丝还是钽铌合金丝均是将样品赋能后置于测量仪中，接通测量仪表后，在180V电压下负荷2min，然后在仪表中读出漏电流（μA）再换算为单位面积的漏电流值，从表5检测结果来看，相同规格的钽丝和钽铌合金丝的漏电流差异不大，均能满足钽电容器使用要求。
3.5抗氧脆性（表6）
钽丝或钽铌合金丝压入阳极块成型后，經1800℃/30min高温烧结后，可成功经受一系列弯曲的次数，造成钽电容器阳极引线脆断的主要原因是丝材经高温烧结后晶粒粗大造成的，从图2、图3中可以看出钽丝和钽铌合金丝经1360℃热处理后晶粒尺寸无明显差异，抗氧脆性检测结果也相当。
3.6外观质量
而图4中两种规格的钽铌合金丝在150倍和200倍放大下均不存在上述现象。
4.结论
4.1采用本文中提供的生产工艺流程可以生产出合格的钽铌合金丝材，生产过程稳定，不良品率低。
4.2通过与电容器阳极用引线用钽丝的关键性能对比钽铌合金丝完全能够替代钽丝应用于钽电容器领域。
参考文献：
[1]郭青蔚.现代钽铌冶金学 [M].北京：冶金工业出版社2009.
[2]马福康.等静压技术 [M] 北京：冶金工业出版社1991.
[3]张义文.热等静压冷却速度对粉末冶金高温合金组织及性能的影响 [J]粉末冶金工业，2010，11（6）20-26
[4]姬成岗.粉末冶金压坯裂纹与防治 [J]1矿冶，2012，6（2）21-28
[5]王安久. 电容器发展概况 [J]钽铌工业进展，2017，6（137）1-2
[6]沈晓峰 金属丝材拉拔工 [M] 北京：中国建材工业出版社2011.5
[7]陈振华 现代粉末冶金技术[M] 北京：化学工业出版社 2013.2
[8]阮建明 粉末冶金原理[M] 北京：机械工业出版社 2012.3
作者简介：
韩鹏（1989-），男，汉族，本科，助理工程师，河北省安国县人，工作单位，宁夏东方钽业股份有限公司钽丝分厂，从事钽丝的研发及日常生产研究工作。