[发明专利]钨-铈电极的制造方法

说明书

本发明属于由金属粉末制成制品的方法。主要适用于生产气体保护焊、等离子切割或炼钢等用的钨-铈电极材料。

目前，国内外生产氩弧焊、等离子切割、炼钢等用的钨-铈电极材料均采用粉末压制、烧结和变形加工而成。其工艺过程中的配料、混料方法，一般均采用“干法”或“湿法”。“干法”是将钨粉和稀土氧化物粉放在一起相混。此法的弊病是在长达20小时以上的机械混料过程中，粉末球化，钨粉表面氧化，活性降低，对以后的烧结不利;同时，由于混料筒内壁的磨损，作为杂质，势必混入料内，使电极材料的纯度降低;另外，该方法很难达到微观成分的均匀。“湿法”是把钨粉（或者它的氧化物粉）加入到稀土盐类（硝酸盐、硫酸盐）的水溶液中，经加热、搅拌、蒸发浓缩、烘干，形成包复粉末，再经热分解和还原制成电极材料。该方法工序繁多，能耗大，并且在包复粉末烘干和热分解过程中有NO₂（NO）、SO₂有害气体析出。

公开的中国专利申请CN85100484A提供了一种利用粉末冶金工艺，由固态的三氧化钨和液态的铈盐，通过固液混料、蒸发结晶、干燥、热分解、两次还原、成型、预烧、垂熔和加工等工序过程，制成钨-铈电极材料。它的主要缺点是工艺复杂，其原料必须是经过多道工序制备的三氧化钨粉，故成本高，而且同一般湿法一样，在热分解时有NO₂等有害气体析出。

本发明的目的在于提供一种钨-铈电极材料的新的制造方法。该方法不仅工序简单，能耗小，成本低，而且粉末表面活性大，纯度高，无有害气体析出，所制得的电极材料的电弧性能优异，电极使用寿命长。

本发明的主要工艺措施是采用悬浮结晶法，由固态的氧化铈和液态的钨酸铵制备仲钨酸铵-氧化铈晶体，即将氧化铈加入到配制好的钨酸铵溶液中，然后加热，使其蒸发，当蒸发浓缩至原体积的50～70%时，由于部分铵挥发，溶液逐渐变成中性，并在其中形成仲钨酸盐离子，仲钨酸盐离子与铵结合生成溶解度小的仲钨酸铵晶体，从母液中沉淀出来。在结晶过程中，加入的氧化铈可作为异质中心，即晶核，仲钨酸铵结晶体以该晶核为核心进行结晶，即仲钨酸铵在其上面结晶，或者在结晶过程中，氧化铈裹在仲钨酸铵晶体里面，或者粘附在它的穴位里、表面上。另外，在5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O→W₄O₁₁→WO₂→W的系列还原过程中，氧化铈产生了微妙的物理-化学作用。由此，可获得微观均匀、弥散的钨-氧化铈混合粉末。用这种粉末制成的电极具有起弧容易，烧损率低，电弧极稳定和使用寿命长等特点。

该方法的工艺流程为：

配料→蒸发结晶→机械混料→预还原→二次还原→压型→预烧→垂熔→加工。

上述工艺流程的各具体工序如下：

（1）配料

该方法的主要原料为钨酸铵溶液和氧化铈粉末。

钨酸铵溶液由钨酸、去离子水和氨水（比重γ＝0.901～0.910）配制而成，其配比为：

钨酸∶去离子水∶氨水＝（70～90）公斤∶（110～130）升∶（80～100）升。

氧化铈的加入量与钨酸铵溶液的比重有关，附图1为每升钨酸铵溶液中需加入的氧化铈量K（克）与钨酸铵溶液比重γ的关系曲线。需加入的氧化铈的总量G（克）为

G＝K·V

式中V为钨酸铵溶液的容积（升）

按照配比关系，将氧化铈倒入已搅拌好的钨酸铵溶液中。

（2）蒸发结晶

将配制好的溶液（加入氧化铈的钨酸铵溶液）加压加热搅拌蒸发。气压控制在1.5～2.5个大气压之间，加热温度为75-85℃，加热搅拌时间为1.5～3小时。

当加热蒸发至余液的比重达1.065-1.075克/厘米³时，停止加热，随后加冷去离子水，搅拌半小时，沉淀一定时间后，抽出上面的澄清液，再一次洗涤后，则得到含氧化铈的仲钨酸铵晶体。将该晶体置于烘干箱内烘干，烘干温度≤200℃。经V型混料机混合后，测其平均粒度及氧化铈含量。

（3）预还原

预还原是在氢气保护的连续还原炉中进行，炉温控制在400～500℃，保温时间为1～2小时，预还原过程中，仲钨酸铵分解为W₄O₁₁，W₁₄O₁₁再还原成WO₂。

（4）二次还原