[发明专利]一种等离子体火炬电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种等离子体火炬电极材料的制备方法，包括以下步骤：1）原料的选择：选择铜和稀土元素为原料；2）制备熔融液：将原料置于电弧炉内搅拌并加热，即得熔融液；3）制作棒料：将制备的熔融液倒入圆形模具内浇铸为粗胚，再将粗胚加工成型为棒料；4）将棒料在300‑600℃下保温20min以上后退火，冷却，即得等离子体火炬电极材料。该方法的制备工艺简单、加工成本低、适于工业化生产，采用该方法制备的电极材料具有较好的导电性能，降低了电极材料使用时的工作温度，使电极材料的烧蚀程度和速度下降，延长了电极材料的使用寿命。

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，特别涉及一种等离子体火炬电极材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，等离子体技术得到了广泛的应用。其主要应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧废物处理等领域。

电极是等离子体火炬的核心部件，电极是等离子电弧的通道，其必然受到高温的烧蚀。如果采用氧化性气体作为工作气，还会受到高温氧化腐蚀。电极材料的选取关系到等离子火炬的电极寿命，如果寿命较短，会增加等离子火炬的使用损耗及维护成本，频繁的更换电极限制等离子火炬的使用范围。

目前所广泛应用的等离子体火炬点极材料多为碳棒和纯铜，虽然碳棒有熔点高、导电导热性好的优点，但是它在高温下容易氧化，同样，金属铜导电导热性能较好，但其熔点低，其易被氧化后使导电率降低、烧蚀速度增大，且难以承载阴极的高温环境，再加上二者的电子逸出功都较大，导致了阴极极易发生烧蚀，寿命降低，增加使用成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本低的等离子体火炬电极材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种等离子体火炬电极材料的制备方法，包括以下步骤：1）原料的选择：选择铜和钇、铪、钨、钽、铌中的任意一种元素为原料；2）制备熔融液：将原料置于电弧炉内搅拌并加热，即得熔融液；3）制作棒料：将制备的熔融液倒入圆形模具内浇铸为粗胚，再将粗胚加工成型为棒料；4）将棒料在300-600℃下保温20min以上后退火，冷却，即得等离子体火炬电极材料。

当保温时间低于20min时，铜和钇、铪、钨、钽、铌中的任意一种元素的内部组织的晶粒颗粒较大，制备的电极的导电性差。

优选地，所述步骤4）中保温时间为20min-40min。

钇、铪、钨、钽、铌中的任意一种元素具有高熔点、低逸出功的特点，采用钇、铪、钨、钽、铌中的任意一种元素作为电极材料的原料，在相同的电流密度下，通过降低逸出功可降低材料的工作温度，从而降低电极材料的烧蚀程度，延长电极材料的使用寿命，降低使用成本。

钇的逸出功为3.1ev，其逸出功均低于铪、钨、钽、铌，选用钇作为电极材料的原料，相对于铪、钨、钽、铌，可进一步减少逸出功，使材料的工作温度进一步下降，从而降低电极材料的烧蚀速度。

进一步，所述原料中铜的含量为99.9%-99.99%，所述钇、铪、钨、钽、铌中的任意一种元素的含量为0.01%-0.1%。由于铜具有较好的导热、导电性能，钇、铪、钨、钽、铌中的任意一种元素的导热、导电性能低于铜，若铜的含量低于99.9%，钇、铪、钨、钽、铌中的任意一种元素的含量高于0.1%，会使电极材料的导热、导电性能下降。

进一步，所述铜的纯度大于99.5%，钇、铪、钨、钽、铌中的任意一种元素的纯度大于99.5%。

进一步，所述步骤2）中加热的温度为1100℃以上，加热时间为20min以上。当加热时间小于20min时，原料还未完全熔融，制备的电极的导电性能差。

优选地，所述步骤2）中加热的温度为1100℃-1200℃，保温时间为20min-40min。