第 44 卷 第 7 期 稀有金属材料与工程 Vol.44, No.7 2015 年 7 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING July 2015 收稿日期：2014-07-18 基金项目：国家科技支撑计划项目（2012BAB10B10） ；中俄合作专项（2010DFR50800） 作者简介：田丽森，男，1985 年生，博士生，北京有色金属研究总院稀有金属冶金材料研究所，北京 100088，电话：010-82241302， E-mail: tianlisen163.com 碘化过程 K 值对结晶铪的组织及杂质含量影响 田丽森，尹延西，胡志方，江洪林，王力军 (北京有色金属研究总院 稀有金属冶金材料研究所，北京 100088) 摘 要：以碘化法制备的结晶铪为研究对象，分别利用沉积增重法、光学显微镜、显微硬度仪、电感耦合等离体发射光谱仪等研究了碘化过程中 K 值对结晶铪的沉积速度、微观组织、显微硬度以及杂质含量的影响。结果表明：碘化制备的结晶铪晶粒尺寸均较大(1 mm)，试验温度范围内，随着 K 值的增加，结晶铪沉积速度明显增加、晶粒尺寸增大；碘化制备的结晶铪棒硬度均较低（HVaverage1 mm，且随着K 值增大， 铪晶粒变大。 当 K 值为 15 时， 晶粒尺寸约1 mm；当 K 值为 25 时，晶粒尺寸约2 mm；而当 K 值为 35 时，晶粒尺寸已经大到约3 mm，图中已无法完15253501020304050607080Deposition Rate/g(hm)-1Ka b c a b c 0.5 mm 第 7 期 田丽森等：碘化过程 K 值对结晶铪的组织及杂质含量影响 1687 全显示。 由于 K 值的不同， 晶粒长大的方式也有区别，当 K 值较大时，铪晶粒从铪丝外部成核并迅速聚集长大，类似于柱状晶，其结果是晶粒异常粗大，新形核机会小，如图 4a 所示。而当 K 值较小时，首先发生铪丝被碘化，进而在铪丝碘化处形核，由于此处温度较低，温度梯度小，晶核长大的驱动力弱，所以在其周围形核较多而长大缓慢，如图 4c 所示。而当 K 值适中时，既可以在内部形核，亦可以长大，最终产品的微观组织将如图 4b 所示。 这与试验观察到的现象也符合，即当 K 值较低时，在电压一定的情况下，电流先是开始降低，过段时间后电流才开始变大。而当 K值较高时，在电压一定的情况下电流没有降低过程，直接开始变大。 同时，不同 K 值沉积试样横截面上的显微硬度也有差异。对不同 K 值沉积试样横截面上的部位进行显微硬度测试并对比，其结果如表 1 所示。可以看出，结晶铪棒的显微硬度均较小（HVaverage1 mm） ，肉眼可见，且随着 K 值增加晶粒尺寸变大，K 值为 15、25 和 35 对应的晶粒尺寸分别为 1 mm，2 mm 和3 mm。 3) 碘化制备结晶铪的硬度较低（HVaverage1600 MPa） ，随着 K 值增加显微硬度变低，K 值为 15、25和 35 对应的显微硬度（HV）分别约为 1500、1400 和1100 MPa。 4) 碘化法制备结晶铪的提纯效果明显，杂质含 量低，尤其对于 Fe、Ni、Cr 等杂质含量具有非常明显的除杂效果。随着 K 值增加，除杂效果更明显，杂质Fe 含量以数量级的幅度下降，K 值为 15、25 和 35 对应的杂质 Fe 含量分别为 0.014，0.0044 和 0.0012（质量分数，%） 。 1688 稀有金属材料与工程 第 44 卷 参考文献 References 1 Ostanin S A, Trubitsin V Y. Computational Materials Science J, 2000, 17(2-4): 174 2 Shikov A K, Bocharov O V, Arzhakova V M. Metal Science and Heat TreatmentJ, 2003, 45 (7-8): 300 3 Beeston J M. Transactions of American Nuclear SocietyJ, 1981, 39: 399 4 Deng Wufeng(邓武峰), Zhou Tietao(周铁涛), Luo Heli(骆合力) et al. Rare Metal Materials and Engineering(稀有金属材料与工程)J, 2008, 37(9): 1549 5 Shi Zhenxue(史振学), Li Jiarong(李嘉荣), Liu Shizhong(刘世忠). Rare Metal Materials and Engineering(稀有金属材料与工程)J, 2010, 39(8): 1334 6 Song Xiaoyun(宋晓云), Li Yan(李 岩), Li Shusuo(李树索). Rare Metal Materials and Engineering(稀有金属材料与工程)J, 2012, 41(10): 1735 7 Zhang Yiwen(张义文), Wang Fuming(王福明), Hu Benfu(胡本芙). Rare Metal Materials and Engineering(稀有金属材料与工程)J, 2012, 41(6): 989 8 Vjugov P N, Kozhevnikov O E, Merisov B A et al. Russian MetallurgyJ, 2011, 4: 18 9 Roland T. Journal of Nuclear MaterialsJ, 1992, 189(3): 277 10 Matthew L R, Christopher D T. Open Journal of Physical ChemistryJ, 2011(1): 104 11 Wu Xiangnan(吴享南), Liu Guangming(刘广明), Huang Chunxiang(黄春祥). Chinese Journal of Rare Metals(稀有金属)J, 1998, 22 (2): 155 12 Matthew L R, Christopher D T. Journal of Nuclear Materials J, 2013, 433: 30 13 Chen Xiaohu，Wang Hua, Liu Yimin et al. Transactions of Nonferrous Metals Society of ChinaJ, 2009, 19: 1348 14 Kotsar M L, Morenko O G, Shtutsa M G et al. Neorganicheskie Materialy J, 2010, 46(3): 332 15 Sehra J C, Rakhasia R H, Shah V D. High Temperature Materials and ProcessesJ, 1997, 16(2): 123 16 Yang T T, Chuen H T. Journal of the Chinese Institute of EngineersJ, 1989, 12(6): 745 17 Cuevas F, Fernandez J F, Sanchez C. Journal of the Electro- chemical SocietyJ, 2000, 147(7): 2589 18 Kotsar M L, Lavrikov S A, Nikonov V I et al. Atomic Energy J, 2011, 111(2): 92 Influence of K Value on Microstructure and Impurity Content of Crystal Bar Hafnium during the Iodide Process Tian Lisen, Yin Yanxi, Hu Zhifang, Jiang Honglin, Wang Lijun (Rare Metals K value; deposition rate; microhardness; impurity content Corresponding author: Yin Yanxi, Ph. D., Senior Engineer, Rare Metals & Metallurgy Materials Research Institute, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, P. R. China, Tel: 0086-10-82241302, E-mail: yinyanxigmail.com