專利名稱：高含量多元復(fù)合稀土鎢電極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高含量多元復(fù)合稀土鎢電極材料及其制備方法，屬于稀土難熔金屬陰極材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎢電極作為惰性氣體保護(hù)焊和等離子體噴涂、熔煉、切割等領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用在機(jī)械、造船、建筑、冶金、電力、航空航天等行業(yè)，目前應(yīng)用的鎢電極以釷鎢電極為主，占整個(gè)電極產(chǎn)品的80％以上，由于釷具有天然放射性，其α射線的半衰期長達(dá)1.4×1013年，生產(chǎn)的釷鎢絲含1.5％ThO2時(shí)，其α射線劑量為1.35×105Bq/Kg，因此，釷鎢材料在長期生產(chǎn)和使用過程中給人體和環(huán)境造成累積性放射性危害，急需新型電極材料進(jìn)行替換，稀土鎢電極就是在這個(gè)迫切需要下研究開發(fā)出來的，這類稀土鎢電極在不同工況下具有同釷鎢電極相媲美的焊接性能，并開始在小范圍內(nèi)替代釷鎢而得以應(yīng)用，然而釷鎢電極由于其具有起弧容易、耐用電流大、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，盡管其中的釷具有累積性的放射性危害，但至今沒有綜合性能更優(yōu)異的工業(yè)電極產(chǎn)品可完全取代之，因此，釷鎢電極在眾多鎢電極中一直占有主導(dǎo)地位。研究開發(fā)具有優(yōu)良焊接性能的電極材料依然是目前電極材料研究的熱點(diǎn)。
原申請專利(CN1204696A、CN1203136A)中稀土氧化物總含量為2.0-2.2％(重量百分比)，電極的制備工藝為WO3與稀土硝酸鹽摻雜，經(jīng)蒸發(fā)干燥、兩次氫氣還原、垂熔燒結(jié)后加工成各種規(guī)格的電極，本專利提高了稀土元素的含量，并通過改進(jìn)關(guān)鍵工序解決了高含量多元復(fù)合稀土鎢電極加工制備困難的問題，成功制備了高含量多元復(fù)合稀土鎢電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，鑒于稀土是降低電極逸出功的主要活性成分，從而提高稀土含量，改善電極的焊接性能，提供了一種高含量多元復(fù)合稀土鎢電極材料及其制備方法。
一種高含量多元復(fù)合稀土鎢電極材料，其特征在于La2O3、Y2O3和CeO2每種稀土氧化物含量為0.6-1.98％，該三種稀土氧化物的總含量為3.0-3.3％。其余為鎢的重量。
上述的一種高含量多元復(fù)合稀土鎢電極材料制備方法，其特征在于，由以下步驟組成1、按每種稀土氧化物重量稱取對應(yīng)的硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰并配成混合溶液，按鎢的重量含量換算成相應(yīng)的APT(仲鎢酸氨)重量，稱取APT并加入去離子水?dāng)嚢璧玫骄鶆虻膽覞嵋?，后加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發(fā)干燥；2)蒸發(fā)干燥后經(jīng)過一次氫氣還原，溫度為550℃-700℃；二次氫氣還原，溫度為850℃-1000℃制得多元復(fù)合稀土-鎢電極材料，平均粒度控制在1.2-1.4μm。
將還原所得的混合粉末按常規(guī)鎢鉬的制備加工方法，進(jìn)行燒結(jié)、塑性加工，最后加工成各種規(guī)格的電極。鎢鉬常規(guī)制備加工工序?yàn)閴褐?、預(yù)燒、垂熔燒結(jié)、開坯、203、202、201、鏈拉、絞直、切斷、磨光等，最后得到成品電極。
上述制備方法改變了傳統(tǒng)電極制備過程中的摻雜原料，傳統(tǒng)工藝摻雜是WO3、WO2.9等與稀土硝酸鹽進(jìn)行摻雜，而WO3、WO2.9等為APT煅燒所得，本制備方法直接以APT作為摻雜原料，省略了APT煅燒工藝，經(jīng)濟(jì)節(jié)能。
在還原過程中，改變原申請專利中的還原參數(shù)(一次氫氣還原500-540℃；二次氫氣還原640-920℃)，使還原后粉末粒度控制在1.2-1.4μm，同時(shí)稍加調(diào)整后續(xù)加工參數(shù)，使材料的加工性能得以改善，從而突破了電極產(chǎn)業(yè)多元稀土含量不能超過2.2％(重量百分比)的束縛。
稀土元素作為電極工作時(shí)的活性物質(zhì)能夠改善電極的焊接性能，本發(fā)明所制備的電極焊接性能優(yōu)良，其抗燒損性能尤為突出，可加工性好。


圖1電弧靜特性曲線具體實(shí)施方式
。
實(shí)例1每取APT粉1Kg，加入去離子水1000ml，攪拌均勻，放入摻雜鍋內(nèi)，加入按最終產(chǎn)品重量的0.6％La2O3、1.8％Y2O3、0.6％CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰(根據(jù)氧化物重量換算硝酸鹽量)配制的混合溶液，充分?jǐn)嚢枵舾珊透稍锖?，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內(nèi)進(jìn)行一次還原(溫度550℃)、二次還原(溫度1000℃)后，制得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.4μm。將還原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1h后，、壓制(裝粉量680g；壓制壓強(qiáng)6.5MPa)、預(yù)燒(溫度1150℃)、垂熔燒結(jié)(在90％熔斷電流下保溫30min)后，進(jìn)行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后加工成各種規(guī)格鎢電極。最后得到直徑為Φ2.4成品電極。
實(shí)例2每取APT粉1Kg，加入去離子水1000ml，攪拌均勻，放入摻雜鍋內(nèi)，加入按最終產(chǎn)品重量的0.64％La2O3、1.92％Y2O3、0.64％CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰(根據(jù)氧化物重量換算硝酸鹽量)配制的混合溶液，充分?jǐn)嚢枵舾珊透稍锖?，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內(nèi)進(jìn)行一次還原(溫度650℃)、二次還原(溫度900℃)后，制得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.3μm。將還原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1h后，、壓制(裝粉量680g；壓制壓強(qiáng)6.5MPa)、預(yù)燒(溫度1150℃)、垂熔燒結(jié)(在90％熔斷電流下保溫30min)后，進(jìn)行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后加工成各種規(guī)格鎢電極。最后得到直徑為Φ2.4成品電極實(shí)例3每取APT粉1Kg，加入去離子水1000ml，攪拌均勻，放入摻雜鍋內(nèi)，加入按最終產(chǎn)品重量的0.66％La2O3、1.98％Y2O3、0.66％CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰(根據(jù)氧化物重量換算硝酸鹽量)配制的混合溶液，充分?jǐn)嚢枵舾珊透稍锖螅玫交旌戏勰?，將混合粉末在還原爐內(nèi)進(jìn)行一次還原(溫度700℃)、二次還原(溫度850℃)后，制得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.2μm。將還原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1h后，、壓制(裝粉量680g；壓制壓強(qiáng)6.5MPa)、預(yù)燒(溫度1150℃)、垂熔燒結(jié)(在90％熔斷電流下保溫30min)后，進(jìn)行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后加工成各種規(guī)格鎢電極。最后得到直徑為Φ2.4成品電極對上述實(shí)例中的樣品進(jìn)行了焊接性能測試，為了進(jìn)行對比，同時(shí)也對相同規(guī)格的國內(nèi)外常用的釷鎢電極進(jìn)行了測試；測試工作是在國家焊接檢測檢驗(yàn)監(jiān)督中心-哈爾濱焊接研究所進(jìn)行的，其結(jié)果如下1.電極編號(hào)為電極編號(hào)1#含0.60％(重量)La2O3，1.80％(重量)Y2O3，0.60％(重量)CeO2，其余為W。
電極編號(hào)2#含0.64％(重量)La2O3，1.92％(重量)Y2O3，0.64％(重量)CeO2，其余為W。
電極編號(hào)3#含0.66％(重量)La2O3，1.98％(重量)Y2O3，0.66％(重量)CeO2，其余為W。
電極編號(hào)4#含2.2％(重量)ThO2的釷鎢電極(北京鎢鉬材料廠產(chǎn))，該電極作為對比電極。
2.引弧性能(1)實(shí)驗(yàn)條件鎢絲直徑為Φ2.41mm，尖部錐角45度，氬氣流量為8L/min，電極伸出長度3mm，弧長3mm。采用直流正接方式，鎢絲為陰極，陽極為水冷紫銅。
(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備晶閘管控制直流TIG焊接電源，型號(hào)YC-300TSPVTA。數(shù)字萬用表，型號(hào)Bestillingsnr，編號(hào)為1287。電子天平AEL-200。
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1#、2#、3#、4#電極的測試結(jié)果在30A、80A、150A焊接電流時(shí)，各重復(fù)引弧30次，引弧成功率達(dá)100％，引弧性能優(yōu)良。
3.抗燒損性能(1)實(shí)驗(yàn)條件電極直徑為Φ2.4mm，測試中所用陽極為水冷紫銅，焊接電流180A，電弧持續(xù)時(shí)間20min，電極伸出長度3mm，弧長3mm，氬氣流量8L/min，電流類型及極性為直流正接。
(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備晶閘管控制直流TIG焊接電源，型號(hào)YC-300TSPVTA。游標(biāo)卡尺，型號(hào)025，編號(hào)096583。電子天平AEL-200。
(3)試驗(yàn)結(jié)果測試結(jié)果見表3.
表3.鎢電極的抗燒損性能

其中1#、2#、3#鎢電極的平均燒損量均低于4#釷鎢電極，具有優(yōu)良的抗燒損性能。
4.電弧靜特性曲線(1)實(shí)驗(yàn)條件鎢絲直徑為Φ2.4mm，尖部錐角45度，氬氣流量為8L/min，電極伸出長度3mm，弧長3mm。采用直流正接方式，鎢絲為陰極，陽極為水冷紫銅。
(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備晶閘管控制直流TIG焊接電源，型號(hào)YC-300TSPVTA。數(shù)字萬用表，型號(hào)Bestillingsnr，編號(hào)為1287。電子天平AEL-200。
(3)實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果燃弧后，迅速將回路電流調(diào)至20A，按從小到大的順序依次在電流為20A，30A，40A，50A，60A，80A，100A，140A時(shí)，待電弧燃燒穩(wěn)定后，測出所對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電流、電壓值，根據(jù)測得的電壓、電流值分別做出1#、2#、、3#、4#電極的電弧靜特性曲線(伏安特性曲線)，如圖1所示。
從圖1中可以看到，1#、2#、3#電極的靜特性曲線與釷鎢電極靜特性曲線相類似，表明該兩種電極焊接時(shí)，電弧穩(wěn)定性相差不大。
綜合上面的測試結(jié)果，可以看到1#、2#、3#電極已經(jīng)達(dá)到了4#釷鎢電極的焊接性能，并在某些方面優(yōu)于釷鎢電極。
權(quán)利要求
1.高含量多元復(fù)合稀土鎢電極材料，其特征在于，由以下成分組成La2O3、Y2O3和CeO2每種稀土氧化物含量為0.6-1.98％，該三種稀土氧化物的總含量為3.0-3.3％.其余為鎢的重量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高含量多元復(fù)合稀土鎢電極材料制備方法，其特征在于，由以下步驟組成1)按每種稀土氧化物重量稱取對應(yīng)的硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰并配成混合溶液，按鎢的重量含量換算成相應(yīng)的APT即仲鎢酸氨重量，稱取APT并加入去離子水?dāng)嚢璧玫骄鶆虻膽覞嵋?，加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發(fā)干燥；2)蒸發(fā)干燥后經(jīng)過一次氫氣還原，溫度為550℃-700℃；二次氫氣還原，溫度為850℃-1000℃制得多元復(fù)合稀土-鎢電極材料，平均粒度控制在1.2-1.4μm。
全文摘要
高含量多元復(fù)合稀土鎢電極材料及其制備方法，屬于稀土難熔金屬陰極材料領(lǐng)域。針對現(xiàn)有的鎢電極材料加工性能差，在工業(yè)生產(chǎn)中成品率低，增加了生產(chǎn)成本的問題，本發(fā)明提供的材料，La
文檔編號(hào)B23K35/00GK1616185SQ20041008029
公開日2005年5月18日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者聶祚仁, 胡福成, 楊建參, 李炳山 申請人:北京工業(yè)大學(xué), 北京礦冶研究總院