Removal of Interstitial Elements (O, N, C, H) in Refractory Metals by Multiple Electron Beam (EB) Melting - Blog

Metelau anhydrin (fel niobium,tantalwm, molybdenwm, a thwngsten) yn cael eu defnyddio'n eang mewn awyrofod, technoleg uwchddargludo, a'r diwydiant niwclear. Fodd bynnag, mae gan y metelau hyn gysylltiadau uchel iawn ar gyfer elfennau rhyng-ranogol (ocsigen, nitrogen, carbon, a hydrogen). Bydd hyd yn oed ychydig iawn o elfennau interstitial yn dirywio'n sylweddol hydwythedd, prosesadwyedd, a pharamedrau critigol uwch-ddargludol metelau. Mae toddi trawst electron (EB) wedi dod yn ddull craidd o buro'r metelau hyn oherwydd ei radd gwactod uchel iawn a'i ddwysedd ynni uchel iawn.

Yn y papur hwn, trafodir mecanwaith ac effaith ymarferol mwyndoddi EB lluosog ar ddileu pedair prif elfen interstitial.

Mecanwaith Ffisicocemegol: Rhesymeg Gwaelod Puro

Mae proses buro mwyndoddi EB yn dibynnu'n bennaf ar yr adweithiau ffisegol a chemegol sy'n digwydd yn y pwll tawdd o dan amgylchedd gwactod uchel.

Dadocsidiad

Mae ocsigen yn cael ei anweddu'n bennaf ar ffurf ocsidau metel (ee, NbO, NbO₂), neu mae'n adweithio â charbon yn y matrics i ffurfio nwy CO.

Denitrogenedd

Mae tynnu nitrogen yn bennaf yn dibynnu ar ddadsugniad cyfansawdd nitrogen atomig ar wyneb y pwll tawdd, sy'n dianc ar ffurf N₂moleciwlau.

Decarburization

Mae carbon yn ffurfio swigod CO trwy gyfuno ag ocsigen toddedig. Os yw'r cynnwys ocsigen yn annigonol, mae angen ychwanegu ocsidyddion neu ddefnyddio ocsigen gweddilliol.

Dadhydrogeniad

Mae hydoddedd hydrogen yn gostwng yn gyflym gyda'r cynnydd mewn tymheredd, ac mae ei gyfernod trylediad yn hynod o uchel, y gellir ei ddileu yn y bôn trwy ddadsugniad thermol yn y toddi cynradd.

Effaith Ddeinamig Mwyndoddi Lluosog ar Elfennau Interstitial

Nid yw mwyndoddi lluosog yn ailadrodd syml ond yn broses lle mae'r graddiant crynodiad yn tueddu i'r terfyn ecwilibriwm yn barhaus.

Ocsigen: "Effaith Ymylol" ar ôl Dirywiad Parhaus

Tynnu ocsigen yw uchafbwynt mwyndoddi EB. Yn y mwyndoddi cynradd, mae'r cynhwysion ocsid mawr yn cael eu dadelfennu'n gyflym. Wrth i nifer y mwyndoddi gynyddu:

Mwyndoddi dau gyntaf: Mae cynnwys ocsigen fel arfer yn dangos dirywiad esbonyddol. Er enghraifft, ar ôl toddi eilaidd, gellir lleihau cynnwys ocsigen deunyddiau niobium gradd diwydiannol o 500 ppm i lai na 50 ppm.

Ar ôl mwyndoddi lluosog: Bydd yr effeithlonrwydd puro yn dod ar draws "nenfwd". Pan fo'r crynodiad ocsigen yn isel iawn, mae ei gyfradd anweddoli wedi'i chyfyngu gan gyfradd tryledu atomau i wyneb y pwll tawdd. Ar yr adeg hon, os cynyddir nifer yr amseroedd toddi (ee o 3 i 6 gwaith), bydd y gostyngiad mewn cynnwys ocsigen yn cael ei gulhau'n sylweddol.

Nitrogen: yr "asgwrn caled" anoddaf i'w gnoi

Mae cineteg tynnu nitrogen yn llawer arafach nag ocsigen. Mae'r canlyniadau'n dangos bod pwysedd rhannol ecwilibriwm nitrogen mewn metelau hylifol yn hynod o isel a bod ei ddadsugniad yn cael ei rwystro gan gineteg.

Angen mwyndoddi lluosog: Mae mwyndoddi sengl yn aml yn methu â chwrdd â'r lefelau cynnwys nitrogen sy'n ofynnol ar gyfer deunyddiau niobium superconducting (gofynion gwerth RRR).

Effaith: Wrth i nifer y mwyndoddi gynyddu, mae amser preswylio tymheredd uchel y pwll tawdd yn cynyddu, gan ddarparu mwy o gyfleoedd ar gyfer ailgyfuno atomau nitrogen. Gall mwyndoddi lluosog leihau'r cynnwys nitrogen yn raddol, ond mae'n anodd ei dynnu'n llwyr i lai nag 1 ppm

Carbon : Cydbwysedd cemegol yn dibynnu ar gynnwys ocsigen

Mae effeithlonrwydd symud carbon yn ddibynnol iawn ar y "gymhareb carbon i-ocsigen".

Os oes gormodedd o ocsigen yn y metel, gellir lleihau carbon yn barhaus gyda nifer cynyddol o adweithiau trwy'r C + O→ CO↑.

Os bydd y cynnwys ocsigen yn cael ei leihau i lefel isel iawn trwy fwyndoddi lluosog, bydd yr adwaith decarburization yn dod i ben. Felly, yn y broses o fwyndoddi lluosog, weithiau mae angen rheoli'r atmosffer yn artiffisial i atal arafu carbon rhag marweiddio.

Hydrogen: Yn effeithlon ac yn gyflym

Hydrogen yw'r driniaeth orau. Oherwydd ei bwysedd anwedd hynod o uchel, gellir cwblhau mwy na 90% o'r gwaith dadhydrogeniad yn y mwyndoddi cyntaf.

Mae mwyndoddi lluosog dilynol yn bennaf yn gweithredu fel swyddogaeth gyfuno, gan atal ail-amsugno hydrogen hybrin yn yr amgylchedd yn ystod y broses anwedd.

Dadansoddiad o Fanteision ac Anfanteision Mwyndoddi Lluosog

Purdeb	Wedi gwella'n sylweddol	yn enwedig ar gyfer deunyddiau sydd â gofynion uchel iawn am werth RRR
Unffurfiaeth cyfansoddiad	Gwella	mae mwyndoddi fflip lluosog yn gwneud y dosbarthiad amhuredd yn fwy isotropig.
Maint grawn	Cynydd	Gall ail-doddi dro ar ôl tro arwain at grawn bras yn yr ingot, sy'n gofyn am brosesu a mireinio dilynol
Cost/cynnyrch	Anffafriol	Mae pob mwyndoddi ychwanegol, colli anweddiad metel yn cynyddu, ac mae cost defnydd trydan yn cynyddu.

Casgliad

Mae toddi EB lluosog yn cael effaith enillion aflinol ar gael gwared ar elfennau interstitial. Ar gyfer ocsigen a hydrogen, cyfrannodd y ddau fwyndoddiad cyntaf y rhan fwyaf o'r swm puro; ar gyfer nitrogen a charbon, mae mwyndoddi lluosog yn darparu'r amser cinetig angenrheidiol.

Mewn cynhyrchu gwirioneddol, nid yw nifer yr amseroedd mwyndoddi "po fwyaf y gorau." Fel arfer, ystyrir bod 3 i 4 toddi yn bwynt cydbwysedd rhwng purdeb ac economi. Ar gyfer ymchwil wyddonol hynod heriol-defnyddiau gradd, efallai y bydd angen cymaint â 6 neu fwy o weithiau mireinio, ynghyd â chyfradd toddi araf, i sicrhau bod elfennau rhyngosodol yn tryledu i'r wyneb ac yn anweddu'n drylwyr.