[发明专利]三元复合稀土钨电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含三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和等离子焊接、切割、喷涂、熔炼以及特殊电光源中。

钨电极是惰性气体保护焊和等离子焊接、切割、喷涂、熔炼以及特殊电光源中的关键材料，目前使用较多的是钍钨电极(含ThO₂)和铈钨电极(含CeO₂)。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；铈钨电极仅在小规格焊接用钨电极方面可取代钍钨电极。

在国外，日本研制了一种分别含La₂O₃、Y₂O₃和CeO₂的单元稀土钨电极材料(JP62-93075，公开日：94年10月27日)。在国内，原冶金部包头稀土研究院研制了一种添加有单元稀土氧化物(Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃、Gd₂O₃)和碱金属化合物的单元稀土钨电极材料(CN1041556A，公开日：90年4月25日)。

上述各种稀土钨电极材料都有各自的优点和缺点：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，但其反复引弧性能差、容易断弧、电弧压力和许用电流小；镧钨电极(含La₂O₃)在中小电流工作时电弧稳定性和电极抗烧损性能好，但其加工性能差，在大电流使用时烧损严重；钇钨电极(含Y₂O₃)使用时电弧压力大，在大电流工作时电极的抗烧损性能好，但其加工困难，在小电流使用时电弧稳定性差。此外，日本专利(JP62-93075)采用的稀土氧化物与钨直接混合的固固掺杂方式具有掺杂均匀性差的缺点；中国专利(CN1041556A)在材料生产中采用了稀土硝酸盐溶液与WO₃混合的液固掺杂方式，但在还原前增加了稀土硝酸盐在250～850℃下加热分解得到稀土氧化物这道工序，从而增加了制备工艺的复杂性，使材料的生产成本增加。

本发明的目的在于提供一种无放射性污染、使用性能及加工性能好的三元复合稀土钨电极材料，并提供一种工艺简单且生产成本低的三元复合稀土钨电极材料的制备方法。

本发明提供的三元复合稀土钨电极材料，其组分含有La₂O₃、Y₂O₃和CeO₂三种稀土氧化物，其余为W，以钨粉重量的百分比计，每种稀土氧化物含量为0．4～1．4％，三种稀土氧化物的总含量为2～2．2％。

钨中添加稀土氧化物是为了替代有放射性的钍，同时提高电极的电子发射能力。添加三种稀土氧化物是为了使电极材料具有比铈钨电极(含CeO₂)、镧钨电极(含La₂O₃)、钇钨电极(含Y₂O₃)和钍钨电极(含ThO₂)更优越的使用性能的同时，也具有良好的加工性能。

本发明提出的三元复合稀土钨电极材料的制备方法，由以下步骤组成：(1)以钨粉重量的百分比计，按La₂O₃、Y₂O₃和CeO₂每种稀土氧化物含量为0．4～1．4％，三种稀土氧化物的总含量为2～2．2％所对应的氧化物重量换算成对应的硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈量，然后称取这些硝酸盐并配置成混合溶液。(2)将上述硝酸盐混合溶液，掺入到WO₃粉末中，干燥后经500～540℃和640～920℃温度下的两次氢气还原，制得钨粉。(3)钨粉经压型、1200℃预烧结，在90％熔断电流下垂熔烧结，后经旋锻和链拉加工成各种规格的电极，其中旋锻开坯温度1500～1550℃，中间经一次高温快速垂熔退火处理。

上述制备方法，避免了日本专利(JP62-93075)采用的固固掺杂方式中稀土氧化物与钨粉混合的不均匀性；与中国专利(CN1041556A)相比，该制备方法减少了还原前稀土硝酸盐加热分解得到稀土氧化物这道工序，使制备工艺得到简化，从而降低了生产成本；采用高温快速垂熔退火可以避免退火时晶粒粗化，使得后续加工更为容易，提高了生产的成品率。