[发明专利]一种新型高耐耗多元稀土钨电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有四种稀土元素的钨电极材料及其制备方法，该电极可用作惰性气体保护焊接，等离子焊接、切割以及喷涂，或者特殊电光源中。

背景技术

钨电极是惰性气体保护焊和等离子焊接、切割、喷涂等设备中使用的关键材料，目前使用较多的是钍钨电极(含ThO₂)和铈钨电极(含CeO₂)，此外还有少量使用镧钨电极和钇钨电极。

上述几种稀土钨电极材料均有各自的优点与缺点：钍是放射性元素，因此在钍钨电极在其生产和使用过程中都将给环境和人体健康带来放射性危害。铈钨电极(含CeO₂)的加工性能好，在小电流使用时具有较好的电弧稳定性，但在使用时引弧困难、焊接过程中容易断弧、电弧压力和许用电流小，因此铈钨电极仅在小规格焊接用钨电极方面可取代钍钨电极。斓钨电极(含La₂O₃)在中小电流工作时电弧比较稳定，但是随着电流的增大烧损严重。忆钨电极(含Y₂O₃)在大电流工作时电极的抗烧损性能好，但在小电流使用时电弧不稳定，且加工性能差。

此外，目前稀土钨电极在生产过程中普遍使用传统的垂熔烧结工艺，包括压制成型、预烧、垂熔烧结三个阶段，工艺设备复杂，在此过程中电能转化的热能90％以上被流动的氢气和热辐射的方式散失；并且垂熔烧结时钨条两端温度低，烧结后达不到后续塑性加工的致密度要求，在塑性加工前需切除端部约3％的材料，造成稀土和钨资源以及能源的双重浪费。

本发明提供了一种新型高耐耗多元稀土钨电极材料，该材料无辐射，具有良好的加工与使用性能。同时提供一种工艺简单、耗能低、成材率高的复合稀土钨电极的制备方法。

发明内容

本发明中，稀土钨电极以多种稀土元素代替具有放射性的钍，同时添加改善塑性加工性能的Re₂O₃和SPS新工艺的采用，不仅使电极材料的焊接性能达到或超过钍钨电极，而且解决了高含量稀土钨材料加工困难、成材率低的难题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种新型高耐耗多元稀土钨电极，其特征在于：其组分含有Re₂O₃、La₂O₃、Ceo₂、Y₂O₃四种稀土氧化物，其余为W，以重量百分比计，稀土氧化物总含量为1.0～3.0％，其氧化物成分间重量比例为Re₂O₃∶La₂O₃∶Ceo₂∶Y₂O₃＝1∶2∶2∶6。

进一步的优选的方案为：所述的稀土氧化物总含量重量比为2.2％。

一种新型高耐耗多元稀土钨电极的制备方法，其特征在于有以下步骤组成：

(1)掺杂、还原；将稀土硝酸盐和去离子水配成溶液，以雾状形式加入到APT粉末中烘干后经600～650℃和850～1000℃温度下的两次氢还原，制得钨粉；

(2)SPS烧结，钨粉通过SPS烧结，后经旋锻和拉拔形成各种规格的电极，其中开坯温度为1600～1650℃，中间经一次退火处理；

(3)磨光、检验。

进一步的优选的方案为：所述的600～650℃和850～1000℃温度下的两次氢还原，一次还原使用四管炉，炉内最高温度为650℃，氢气流量为5.0m³/h，推舟速度为30分/舟，装舟量为2000克；二次还原使用13管炉，氢气流量为1.4m³/h，推舟速度为40分/舟，装舟量为2000克，还原温区最高温度为880℃；

进一步的优选的方案为：所述的SPS烧结，其特征在于烧结压力20MPa，烧结密度17.8～18.2g/cm²，单重1.0kg。

进一步的优选的方案为：所述的退火处理，其特征在于采用超音频再结晶退火，加热功率为30千瓦，进料速度为0.4米/分钟。