RU2168235C1 - Способ изготовления анода рентгеновской трубки - Google Patents
Способ изготовления анода рентгеновской трубки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168235C1 RU2168235C1 RU2000108005/09A RU2000108005A RU2168235C1 RU 2168235 C1 RU2168235 C1 RU 2168235C1 RU 2000108005/09 A RU2000108005/09 A RU 2000108005/09A RU 2000108005 A RU2000108005 A RU 2000108005A RU 2168235 C1 RU2168235 C1 RU 2168235C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- grain boundaries
- surface layer
- grain
- ray tube
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 12
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 abstract 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 15
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 12
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- VLNHDKDBGWXJEE-GYHUNEDQSA-N 5'-guanidinonaltrindole Chemical compound N1([C@@H]2CC=3C4=C(C(=CC=3)O)O[C@H]3C=5NC6=CC=C(C=C6C=5C[C@]2(O)[C@]34CC1)NC(=N)N)CC1CC1 VLNHDKDBGWXJEE-GYHUNEDQSA-N 0.000 description 1
- 101100291030 Arabidopsis thaliana GNTI gene Proteins 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- DDCRWJAGEMIOHA-UHFFFAOYSA-J tetrafluororhenium Chemical class F[Re](F)(F)F DDCRWJAGEMIOHA-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано при изготовлении анодов рентгеновских трубок медицинского и технического назначения. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение долговечности за счет увеличения числа циклов до разрушения анода при одновременном уменьшении расхода дорогостоящего легирующего элемента, Re. Поставленная задача решается с помощью размещения в приповерхностном слое фокусной дорожки анода толщиной 1,5-4 мкм легирующего элемента, Re в количестве, обеспечивающем в приграничных участках зерен и межзеренных границах слоя анода толщиной 70 мкм среднюю концентрацию легирующего элемента 20-30 мас.% и последующего изотермического отжига анода в течение 9-85 ч при температуре ниже температуры рекристаллизации его материала. Внедрение легирующего элемента в приповерхностный слой осуществляется методом ионной или лазерной имплантации. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано при изготовлении анодов рентгеновских трубок медицинского и технического назначения.
Известен способ получения анода, заключающийся в нанесении на подложку в области фокусной дорожки способом порошковой металлургии, а также методом химического или физического осаждения из газовой фазы тугоплавких материалов с последующим проплавлением области фокусной дорожки на глубину до 1,5 мм [Патент Австрии N 397005 МПК5 H 01 J 35/10, з. 07.05.1991 г.].
При изготовлении анода предложенным способом между покрытием и подложкой получается резкая граница. Наличие пор и различных структурных дефектов на этой границе снижает ее прочность, в результате чего долговечность анода при циклическом тепловом нагружении ограничивается разрушением этой границы.
Кроме того, использование токсичных материалов (фторидов вольфрама и рения) при получении покрытий методом химического осаждения из газовой фазы в аварийных ситуациях приводит к нарушению экологии.
Известен также способ получения анода, заключающийся в нанесении на подложку в области фокусной дорожки тугоплавких материалов методом индуктивного плазменного напыления [Заявка ЕПВ, N 0874385 МПК5 H 01 J 35/10, з. 17.04.1998 г.].
При таком способе между покрытием и подложкой также получается резкая граница, которая не может быть размыта путем отжига за приемлемое время [Тугоплавкие металлы в новой технике. Пер. с англ., М., Мир, 1969, с. 329]. Для предотвращения разрушения границы необходимо снизить напряжения, возникающие на ней в процессе теплового нагружения. В рамках прототипа это достигается путем увеличения толщины покрытия до 0,7 мм. Однако в случае использования рения в качестве легирующего элемента материала покрытия это приводит к увеличению расхода рения и повышению стоимости анода.
Задачей настоящего изобретения является повышение долговечности (увеличения числа циклов до разрушения) анода при одновременном уменьшении расхода дорогостоящего легирующего элемента, например Re.
Согласно изобретению поставленная задача решается с помощью размещения в приповерхностном слое фокусной дорожки анода толщиной 1,5-4 мкм легирующего элемента, например Re в количестве, обеспечивающем в приграничных участках зерен и межзеренных границах слоя анода толщиной 70 мкм средней концентрации легирующего элемента 20-30 мас.% и последующего изотермического отжига анода в течение 9-85 ч при температуре ниже температуры рекристаллизации материала анода. Внедрение легирующего элемента в приповерхностный слой осуществляется методом ионной или лазерной имплантации.
При работе рентгеновской трубки максимальная температура фокусной дорожки достигает ~ 2800oC. В этом случае значительный вклад (до 90%) в общую деформацию поликристалла дает проскальзывание по границам зерен [Р.К. Джифкинс. Механизм межкристаллитного разрушения при повышенных температурах. Материалы международной конференции по вопросам разрушения. "Атомный механизм разрушения", Пер. с англ. , М., ГНТИ, 1963, с. 604]. Физическая сущность образования несплошностей при проскальзывании по границам зерен поликристалла состоит в том, что в приграничных участках заторможено дислокационное скольжение и релаксация термонапряжений происходит за счет разрушения отдельных участков более слабой (по сравнению с зерном) границы. Другими словами, одно зерно смещается (проскальзывает) относительно другого зерна с образованием локальной несплошности. Далее эти несплошности обуславливают разрушение (образование трещин) по границам зерен.
Для устранения образования несплошностей при проскальзывании легирующий элемент в соответствии с настоящим изобретением внедряется в приповерхностный слой анода, после чего проводится изотермический отжиг. При отжиге рений за счет диффузии по границам зерен проникает в глубь анода, создавая убывающий профиль распределения рения по толщине, в результате чего не возникает резкой границы.
Располагаясь по границам зерен, рений придает приграничным участкам зерен запас пластичности (в макроскопическом масштабе). Это приводит к более полной релаксации термонапряжений и подавлению развития несплошностей. Примеси рения снижают ковалентный характер межатомной связи вольфрама и "очищают" границу от вредных примесей. В совокупности эти факторы, как известно, приводят к повышению долговечности анода.
Предложенный способ позволяет сформировать область фокусной дорожки как в анодах, изготовленных из однородного материала (например, W), так и в комбинированных анодах.
В качестве примера рассмотрим создание области фокусной дорожки в комбинированном аноде, состоящем из молибденовой подложки и вольфрамового покрытия, при ионной имплантации рения в приповерхностный слой анода.
Расчет проведем для рентгеновской трубки 20-40БД40-125, предназначенной для медицинской диагностики. Рассмотрим два режима работы трубки: наиболее жесткий (режим снимков) и наиболее мягкий (режим просвечивания). В режиме снимков максимальная температура фокусного пятна равна 2800oC, а средняя температура фокусной дорожки - 1400oC. В режиме просвечивания максимальная температура фокусного пятна равна 1900oC, а средняя температура фокусной дорожки - 1600oC.
Согласно паспорту на рентгеновскую трубку время эксплуатации трубки в режиме просвечивания составляет 300 часов, а в режиме снимков трубка должна обеспечить не менее 30000 включений.
В процессе отжига имплантированные в приповерхностный слой анода атомы рения по границам зерен диффундируют в глубь анода и одновременно проникают в приграничные участки зерен. При эксплуатации рентгеновской трубки проникновение рения как в глубь анода, так и в глубь зерен продолжается, в результате чего его концентрация в межзеренных границах и приграничных участках зерен снижается. Согласно [Ю.Д. Денискин, Ю.А. Чижунова. Медицинские рентгеновские трубки и излучатели. М., Энергоатомиздат, 1984, с. 167] для повышения долговечности анода в области фокусной дорожки должно находиться 5-10 мас.% Re. Следовательно, в процессе отжига глубина проникновения рения вглубь анода должна быть такой, чтобы в процессе эксплуатации концентрация рения в межзеренных границах и приграничных участках зерен не снизилась ниже 5-10 масс.%. Проведенные расчеты показали, что для выполнения этого условия глубина проникновения рения в анод должна равняться 70 мкм. Эта величина также превышает расчетные значения глубин (10-50 мкм), начиная с которых уровень напряжений в аноде становится ниже допустимых для материала анода.
Определим время отжига, необходимое для того, чтобы атомы Re по границам зерен продиффундировали на глубину 70 мкм. Характерное время такой миграции может быть определено следующим образом
где Ds - коэффициент диффузии легирующего материала по границам зерен, z - глубина проникновения легирующего элемента в анод.
где Ds - коэффициент диффузии легирующего материала по границам зерен, z - глубина проникновения легирующего элемента в анод.
Согласно [Б. Я.Любов. Диффузионные процессы в неоднородных твердых средах. М., Наука, 1981, с. 155] коэффициент диффузии по границам зерен в ~ 105 - 106 раз больше коэффициента объемной диффузии Dν Взяв температуру отжига равной 1750oC, что ниже температуры рекристаллизации материала подложки из молибдена, и выражение для коэффициента объемной диффузии в виде [N.N. Arkhipova, S.M. Klotsman et. al. Phys. Rev. B, v. 30, N 4, p. 1788, 1984]:
получим t ~ 9-85 ч.
получим t ~ 9-85 ч.
За это время глубина проникновения Re в зерно будет равна: для t = 9 ч - 0,07 мкм, а для t = 85 ч - 0,22 мкм. Такая глубина проникновения является достаточной для придания пластичности границам зерен. При эксплуатации глубина проникновения рения в анод увеличивается до 100 мкм, а средняя глубина проникновения Re в тело зерна увеличивается на ~ 0,33 мкм в режиме снимков и на ~ 0,2 мкм - в режиме просвечивания. С учетом режима отжига общая глубина проникновения Re в зерно составит от 0,4 до 0,55 мкм. Расчеты показывают, что в процессе эксплуатации рентгеновской трубки концентрация рения в приграничных участках зерен и межзеренных границах уменьшается в 4-6 раз. Следовательно, после отжига концентрация Re в приграничных участках зерен и межзеренных границах должна быть равной 20-30 мас.%, что не превышает предела растворимости Re в W [Е.М. Савицкий, Г.С. Бурханов. Металловедение тугоплавких металлов и сплавов. М., Наука, 1967, с. 226].
Оценим теперь, какова должна быть толщина приповерхностного слоя анода, в который имплантируются атомы рения, чтобы в слое анода толщиной 70 мкм в приграничных участках зерен и межзеренных границах обеспечить в процессе отжига концентрацию Re равной 20-30 мас.%.
Толщину приповерхностного слоя определим из следующего выражения:
где с - концентрация атомов Re в приповерхностных участках зерен и межзереннных границах после отжига; δ - толщина межзереннной границы; Δ - толщина приграничного участка зерна, n - концентрация атомов Re в приповерхностном слое анода, r - характерный размер зерна.
где с - концентрация атомов Re в приповерхностных участках зерен и межзереннных границах после отжига; δ - толщина межзереннной границы; Δ - толщина приграничного участка зерна, n - концентрация атомов Re в приповерхностном слое анода, r - характерный размер зерна.
Согласно [Ю.А. Быковский, В.Н. Неволин, В.Ф. Фоминский. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов, М., Энергоиздат, 1991, с. 52] максимальная концентрация легирующих атомов при ионной имплантации не превышает, как правило, 30 ат.%. Так как массы атомов Re и W практически равны, то массовые и атомные концентрации совпадают.
При расчетах примем n равной 30%, с - 20-30% δ - 1 нм, Δ 0,07-0,22 мкм, z - 70 мкм, r - 10 мкм. В результате получим δz = 1,5-4 мкм.
Таким образом, предложенный способ позволяет изготовить анод с повышенной долговечностью при одновременном уменьшении расхода дорогостоящего легирующего элемента, например Re.
Claims (2)
1. Способ изготовления анода рентгеновской трубки, включающий формирование в аноде области фокусной дорожки из тугоплавкого материала, отличающийся тем, что в приповерхностном слое фокусной дорожки анода толщиной 1,5 - 4 мкм размещают легирующий элемент Re, в количестве, обеспечивающем в приграничных участках зерен и межзеренных границах слоя анода толщиной 70 мкм среднюю концентрацию легирующего элемента 20 - 30 мас.%, и проводят изотермический отжиг анода в течение 9 - 85 ч при температуре ниже температуры рекристаллизации его материала.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размещение легирующего элемента в приповерхностном слое осуществляют методом ионной или лазерной имплантации.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000108005/09A RU2168235C1 (ru) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Способ изготовления анода рентгеновской трубки |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000108005/09A RU2168235C1 (ru) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Способ изготовления анода рентгеновской трубки |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2168235C1 true RU2168235C1 (ru) | 2001-05-27 |
Family
ID=20232654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000108005/09A RU2168235C1 (ru) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Способ изготовления анода рентгеновской трубки |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2168235C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT12494U1 (de) * | 2011-01-19 | 2012-06-15 | Plansee Se | Röntgendrehanode |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3521787A1 (de) * | 1984-06-27 | 1986-01-09 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Roentgenroehre mit nur wenig vom brennpunkt abweichender strahlung |
| RU2029408C1 (ru) * | 1990-12-04 | 1995-02-20 | Научно-исследовательский институт Научно-производственного объединения "Луч" | Вращающийся анод рентгеновской трубки |
| EP0874385A1 (de) * | 1997-04-22 | 1998-10-28 | PLANSEE Aktiengesellschaft | Verfahren zur herstellung einer Anode für Röntgenröhren |
-
2000
- 2000-04-04 RU RU2000108005/09A patent/RU2168235C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3521787A1 (de) * | 1984-06-27 | 1986-01-09 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Roentgenroehre mit nur wenig vom brennpunkt abweichender strahlung |
| RU2029408C1 (ru) * | 1990-12-04 | 1995-02-20 | Научно-исследовательский институт Научно-производственного объединения "Луч" | Вращающийся анод рентгеновской трубки |
| EP0874385A1 (de) * | 1997-04-22 | 1998-10-28 | PLANSEE Aktiengesellschaft | Verfahren zur herstellung einer Anode für Röntgenröhren |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT12494U1 (de) * | 2011-01-19 | 2012-06-15 | Plansee Se | Röntgendrehanode |
| AT12494U9 (de) * | 2011-01-19 | 2012-09-15 | Plansee Se | Röntgendrehanode |
| US9368318B2 (en) | 2011-01-19 | 2016-06-14 | Plansee Se | Rotary X-ray anode |
| US9767983B2 (en) | 2011-01-19 | 2017-09-19 | Plansee Se | Rotary X-ray anode and production method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0162969B1 (ko) | 접합체, 내식성 접합재료 및 접합체의 제조방법 | |
| EP2027964B1 (en) | Electrode for spot welding | |
| CA2299939A1 (en) | Enhanced fatigue strength orthopaedic implant with porous coating and method of making same | |
| GB2164060A (en) | Method of applying a protective layer to oxide dispersion hardened super alloys | |
| RU2742751C1 (ru) | Способ получения износостойкого наноструктурированного покрытия | |
| EP3202944A1 (en) | Hearth roll and manufacturing method therefor | |
| JP2001500192A (ja) | チタンまたはその合金に対する耐磨耗性で、機械的な高負荷に耐え、摩擦の少ない表面層構造およびその製造方法 | |
| EP0578109A1 (en) | Rotary anode for X-ray tube and method for manufacturing the same | |
| RU2168235C1 (ru) | Способ изготовления анода рентгеновской трубки | |
| JP6735497B2 (ja) | 金属間化合物合金、金属部材及びクラッド層の製造方法 | |
| WO2016054335A1 (en) | Corrosion-resistant glass melt electrodes and methods of using them | |
| DE3134196A1 (de) | "target fuer eine drehanodenroentgenroehre und verfahren zu seiner herstellung" | |
| RU2423551C2 (ru) | Способ формирования теплозащитного покрытия | |
| KR20220073658A (ko) | Ti-Ni-Ag 형상기억합금 와이어 및 그 제조방법 | |
| JPH0570708B2 (ru) | ||
| RU2007501C1 (ru) | Способ модификации поверхности жаропрочных сплавов | |
| RU2179767C2 (ru) | Способ изготовления анода рентгеновской трубки | |
| US3393084A (en) | Coating carbon substrates with refractory metal carbides | |
| CN115074652B (zh) | 一种高服役寿命的NiAl涂层及其高能束复合表面改性方法 | |
| Radek et al. | Microstructure and tribological properties of esd coatings after laser processing | |
| EP1877114B1 (en) | Medical devices and methods of making the same | |
| EP2111933A1 (en) | Process for producing plug for use in piercing/rolling raw metallic material, process for producing metallic tube, and plug for use in piercing/rolling raw metallic material | |
| de Hosson et al. | Functionally graded materials produced with high power lasers | |
| KR950013775B1 (ko) | 전해콘덴서 전극용 알루미늄박 | |
| KR102842961B1 (ko) | 롤러 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040405 |