專利名稱：高含量多元復合稀土鎢電極材料及其制備方法
技術領域：
高含量多元復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領域。
背景技術：
鎢電極作為惰性氣體保護焊和等離子體噴涂、熔煉、切割等領域的關鍵部件，廣泛應用在機械、造船、建筑、冶金、電力、航空航天等行業，目前應用的鎢電極以釷鎢電極為主，占整個電極產品的80％以上，由于釷具有天然放射性，其α射線的半衰期長達1.4×1013年，生產的釷鎢絲含1.5％ThO2時，其α射線劑量為1.35×105Bq/Kg，因此，釷鎢材料在長期生產和使用過程中給人體和環境造成累積性放射性危害，急需新型電極材料進行替換，稀土鎢電極就是在這個迫切需要下研究開發出來的，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，并開始在小范圍內替代釷鎢而得以應用，然而釷鎢電極由于其具有起弧容易、耐用電流大、使用壽命長等優點，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異的工業電極產品可完全取代之，因此，釷鎢電極在眾多鎢電極中一直占有主導地位。研究開發具有優良焊接性能的電極材料依然是目前電極材料研究的熱點。
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，經蒸發干燥、兩次氫氣還原、垂熔燒結后加工成各種規格的電極，本專利提高了稀土元素的含量，并通過改進關鍵工序解決了高含量多元復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合稀土鎢電極。
發明內容
本發明的目的是，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合稀土鎢電極材料及其制備方法。
一種高含量多元復合稀土鎢電極材料，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的APT(仲鎢酸氨)重量，稱取APT并加入去離子水攪拌得到均勻的懸濁液，后加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發干燥；2)蒸發干燥后經過一次氫氣還原，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鎢鉬的制備加工方法，進行燒結、塑性加工，最后加工成各種規格的電極。鎢鉬常規制備加工工序為壓制、預燒、垂熔燒結、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電極制備過程中的摻雜原料，傳統工藝摻雜是WO3、WO2.9等與稀土硝酸鹽進行摻雜，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，經濟節能。
在還原過程中，改變原申請專利中的還原參數(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，同時稍加調整后續加工參數，使材料的加工性能得以改善，從而突破了電極產業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的活性物質能夠改善電極的焊接性能，本發明所制備的電極焊接性能優良，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施方式
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實例1每取APT粉1Kg，加入去離子水1000ml，攪拌均勻，放入摻雜鍋內，加入按最終產品重量的0.6％La2O3、1.8％Y2O3、0.6％CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰(根據氧化物重量換算硝酸鹽量)配制的混合溶液，充分攪拌蒸干和干燥后，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內進行一次還原(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6.5MPa)、預燒(溫度1150℃)、垂熔燒結(在90％熔斷電流下保溫30min)后，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后加工成各種規格鎢電極。最后得到直徑為Φ2.4成品電極。
實例2每取APT粉1Kg，加入去離子水1000ml，攪拌均勻，放入摻雜鍋內，加入按最終產品重量的0.64％La2O3、1.92％Y2O3、0.64％CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰(根據氧化物重量換算硝酸鹽量)配制的混合溶液，充分攪拌蒸干和干燥后，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內進行一次還原(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6.5MPa)、預燒(溫度1150℃)、垂熔燒結(在90％熔斷電流下保溫30min)后，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后加工成各種規格鎢電極。最后得到直徑為Φ2.4成品電極實例3每取APT粉1Kg，加入去離子水1000ml，攪拌均勻，放入摻雜鍋內，加入按最終產品重量的0.66％La2O3、1.98％Y2O3、0.66％CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰(根據氧化物重量換算硝酸鹽量)配制的混合溶液，充分攪拌蒸干和干燥后，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內進行一次還原(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6.5MPa)、預燒(溫度1150℃)、垂熔燒結(在90％熔斷電流下保溫30min)后，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后加工成各種規格鎢電極。最后得到直徑為Φ2.4成品電極對上述實例中的樣品進行了焊接性能測試，為了進行對比，同時也對相同規格的國內外常用的釷鎢電極進行了測試；測試工作是在國家焊接檢測檢驗監督中心-哈爾濱焊接研究所進行的，其結果如下1.電極編號為電極編號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4#含2.2％(重量)ThO2的釷鎢電極(北京鎢鉬材料廠產)，該電極作為對比電極。
2.引弧性能(1)實驗條件鎢絲直徑為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)實驗設備晶閘管控制直流TIG焊接電源，型號YC-300TSPVTA。數字萬用表，型號Bestillingsnr，編號為1287。電子天平AEL-200。
(3)實驗結果1#、2#、3#、4#電極的測試結果在30A、80A、150A焊接電流時，各重復引弧30次，引弧成功率達100％，引弧性能優良。
3.抗燒損性能(1)實驗條件電極直徑為Φ2.4mm，測試中所用陽極為水冷紫銅，焊接電流180A，電弧持續時間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)實驗設備晶閘管控制直流TIG焊接電源，型號YC-300TSPVTA。游標卡尺，型號025，編號096583。電子天平AEL-200。
(3)試驗結果測試結果見表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，具有優良的抗燒損性能。
4.電弧靜特性曲線(1)實驗條件鎢絲直徑為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)實驗設備晶閘管控制直流TIG焊接電源，型號YC-300TSPVTA。數字萬用表，型號Bestillingsnr，編號為1287。電子天平AEL-200。
(3)實驗方法及結果燃弧后，迅速將回路電流調至20A，按從小到大的順序依次在電流為20A，30A，40A，50A，60A，80A，100A，140A時，待電弧燃燒穩定后，測出所對應的穩態電流、電壓值，根據測得的電壓、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，電弧穩定性相差不大。
綜合上面的測試結果，可以看到1#、2#、3#電極已經達到了4#釷鎢電極的焊接性能，并在某些方面優于釷鎢電極。
權利要求
1.高含量多元復合稀土鎢電極材料，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.根據權利要求1所述的高含量多元復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的APT即仲鎢酸氨重量，稱取APT并加入去離子水攪拌得到均勻的懸濁液，加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發干燥；2)蒸發干燥后經過一次氫氣還原，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域。針對現有的鎢電極材料加工性能差，在工業生產中成品率低，增加了生產成本的問題，本發明提供的材料，La
文檔編號B23K35/00GK1616185SQ20041008029
公開日2005年5月18日 申請日期2004年9月30日 優先權日2004年9月30日
發明者聶祚仁, 胡福成, 楊建參, 李炳山 申請人:北京工業大學, 北京礦冶研究總院