專利名稱：一種稀土鎢電極材料的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于冶金熔煉技術(shù)領域，特別涉及一種熔煉制備鎢電極材料的方法。
背景技術(shù)：
鎢電極材料作為機械、造船、航空航天、建筑、核電、冶金等行業(yè)不可或缺的功能材料,主要應用于惰性氣體保護焊、等離子切割、噴涂和熔煉等工藝技術(shù)。同時，鎢電極材料的另一個重要應用就是在焊接過程中充當熱陰極電子發(fā)射源。純金屬鎢極的發(fā)射效率很低，且在高溫下再結(jié)晶形成等軸狀晶粒組織而使鎢絲下垂、斷裂。為克服上述缺點，適應現(xiàn)代工業(yè)新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，各國材料工作者正致力于研究和開發(fā)各種新型電極材料。以鎢為基摻雜一些電子逸出功低的稀土氧化物，既能提高再結(jié)晶溫度，又能激活電子發(fā)射。稀土金屬氧化物具有優(yōu)良的熱電子發(fā)射能力，與鎢結(jié)合形成的鎢-稀土合金具有功函數(shù)低、熔點高和蒸氣壓力低等特點，被用于放電電極材料。到目前為止，國內(nèi)對鎢基電極材料的研究仍很少，雖有個別廠家進行了生產(chǎn)，但生產(chǎn)工藝尚不成熟，沒有大規(guī)模開發(fā)和推廣應用。對復合稀土鎢電極材料的研究少，鎢電極產(chǎn)品也沒有系列化和標準化，難以滿足工業(yè)發(fā)展和人們生活進步的需求。致密鎢的制備方法主要有粉末冶金方法和熔煉法。因為鎢的熔點很高，早期制備鎢的方法主要局限于粉末冶金方法。1909年Coolidge為鎢的近代粉末冶金奠定了基礎，其方法是在80(T9(KrC用氫氣還原鎢酸，然后對鎢粉末進行壓制、KKKTC預燒結(jié)和垂熔。盡管人們一個世紀對粉末冶金方法進行了各種各樣的改進，但這種方法迄今為止仍然是制備致密鎢金屬的主要方法。粉末冶金法制備鎢 材料常見的缺陷是
(I)粉末燒結(jié)工藝不穩(wěn)定，燒結(jié)溫度和時間不均衡出現(xiàn)某些區(qū)域燒結(jié)不足，沒有達到完全、均勻的燒結(jié)狀態(tài)。(2)在粉末燒結(jié)坯料中存在大量聚集的孔洞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服以上不足，提供一種稀土鎢電極材料的制備方法，該方法采用球磨混粉、熱壓成型、電子束真空高溫熔煉和熱處理的方式，最終得到致密度較高、塑性較好的稀土鶴電極材料。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種稀土鎢電極材料的制備方法，其特征是首先將鎢粉和稀土氧化物粉充分混合得到混合粉，再通過熱壓成型對混合粉進行處理得到鎢基塊狀混合物；然后采用電子束真空高溫熔煉鎢基塊狀混合物，凝固冷卻后得到稀土鎢合金錠；最后將稀土鎢合金錠在真空下進行熱處理，得到稀土鎢電極材料。所述方法具體步驟如下
第一步混粉將平均粒度為O. 5-3 μ m的鎢粉和平均粒度為2-6 μ m的稀土氧化物粉混合，球磨l_4h使其充分均勻混合得到混合粉；第二步熱壓成型將混合粉在溫度為1700-1900°C，壓力為25-35MPa的條件下熱壓成型O. 5-3h得到鎢基塊狀混合物；
第三步電子束熔煉將鎢基塊狀混合物置于電子束熔煉爐內(nèi)坩堝中，抽真空至O. 005Pa以下，開啟電子槍高壓為28-32kV，束流為400_700mA進行熔煉，熔煉10_30min，凝固冷卻后將稀土鎢合金錠翻轉(zhuǎn)，在高壓為28-32kV，束流為400-700mA再熔煉10_30min，凝固冷卻后得到稀土鎢合金錠；
第四步真空熱處理將稀土鎢合金錠置于真空碳管爐中，在真空度為l_20Pa的條件下加熱到1600-1900°C，真空退火l_4h，得到稀土鎢電極材料。所述鎢粉的純度為質(zhì)量分數(shù)大于99. 0%。所述稀土氧化物粉為氧化釔、氧化鈰、氧化鑭或氧化鋯中的一種或幾種，其純度為質(zhì)量分數(shù)大于99. 0%。所述混合粉中稀土氧化物的含量為1%_7%。所述稀土鎢電極材料的致密度為96. 0-98. 2%、顯微硬度為950_1250MPa。本發(fā)明的顯著效果是利用電子束提供極高密度的能量熔化并熔煉稀土鎢材料，電子束真空熔煉后得到的稀土鎢電極材料致密度較高，與熱壓燒結(jié)相比，電子束熔煉技術(shù)在制備難熔金屬方面，具有明顯的優(yōu)勢，并且電子束熔煉取得的組織更優(yōu)良。通過摻入一定量的稀土氧化物提高電極材料的性能，通過分析顯微硬度的變化，可判定稀土氧化物的添加對電極的硬度會有一定程度的提高。


圖1為一種稀土鎢電極材料的制備方法的流程圖
圖2為真空熱處理后得到的鎢-氧化釔電極材料的SEM照片
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實施例。實施例1
如圖1所示，一種稀土鎢電極材料的制備方法的簡要流程為
第一步混粉將平均粒度為O. 5 μ m、純度為99. 1%的的鎢粉和平均粒度為2 μ m、純度為99. 2%的的氧化釔粉混合，球磨4h使其充分均勻混合得到混合粉，氧化釔粉的質(zhì)量占混合粉總質(zhì)量的4% ；
第二步熱壓成型將混合粉在溫度為1700°C，壓力為25MPa的條件下熱壓成型3h得到鎢基-氧化釔塊狀混合物；
第三步電子束熔煉將鎢基-氧化釔塊狀混合物置于電子束熔煉爐內(nèi)坩堝中，抽真空至O. 0045Pa以下，開啟電子槍高壓為32kV，束流為400mA進行熔煉，熔煉30min，凝固冷卻后將鎢-氧化釔合金錠翻轉(zhuǎn)，在高壓為32kV，束流為400mA再熔煉30min，凝固冷卻后得到鎢-氧化釔合金錠，如圖2所示為其宏觀照片； 第四步真空熱處理真空熱處理具有無氧化、無脫碳、無元素貧化的特點，可以實現(xiàn)光亮熱處理，可以使零件脫脂、脫氣，避免表面污染和氫脆；同時可以實現(xiàn)控制加熱和冷卻，減少熱處理變形，提高材料性能；還具有便于自動化、柔性化和清潔熱處理等優(yōu)點，將鎢-氧化釔合金錠置于真空碳管爐中，在真空度為IPa的條件下加熱到1600°C，真空退火4h，得到鎢-氧化釔電極材料，如圖3所示為其SEM照片，經(jīng)檢測，該鎢-氧化釔電極材料的致密度為98. 2%、顯微硬度為1250MPa。實施例2
如圖1所示，一種稀土鎢電極材料的制備方法的簡要流程為
第一步混粉將平均粒度為I μ m、純度為99. 2%的的鎢粉和平均粒度為4 μ m、純度為99. 3%的的氧化鋯粉混合，球磨Ih使其充分均勻混合得到混合粉，氧化鋯粉的質(zhì)量占混合粉總質(zhì)量的1% ;
第二步熱壓成型將混合粉在溫度為1800°C，壓力為30MPa的條件下熱壓成型Ih得到鎢基-氧化鋯塊狀混合物；
第三步電子束熔煉將鎢基-氧化鋯塊狀混合物置于電子束熔煉爐內(nèi)坩堝中，抽真空至O. 0042Pa以下，開啟電子槍高壓為30kV，束流為600mA進行熔煉，熔煉20min，凝固冷卻后將鎢-氧化鋯合金錠翻轉(zhuǎn)，在高壓為30kV，束流為400mA再熔煉20min，凝固冷卻后得到鎢-氧化鋯合金錠；
第四步真空熱處理真空熱處理具有無氧化、無脫碳、無元素貧化的特點，可以實現(xiàn)光亮熱處理，可以使零件脫脂、脫氣，避免表面污染和氫脆；同時可以實現(xiàn)控制加熱和冷卻，減少熱處理變形，提高材料性能；還具有便于自動化、柔性化和清潔熱處理等優(yōu)點，將鎢-氧化鋯合金錠置于真空碳管爐中，在真空度為8Pa的條件下加熱到1800°C，真空退火2h，得到鎢-氧化釔電 極材料，經(jīng)檢測，該鎢-氧化釔電極材料致密度為96. 8%、顯微硬度為1023MPa。實施例3
第一步混粉將平均粒度為3 μ m、純度為99. 1%的的鎢粉和平均粒度為6 μ m、純度為99. 2%的的氧化鑭粉混合，球磨2h使其充分均勻混合得到混合粉，氧化鋯粉的質(zhì)量占混合粉總質(zhì)量的7% ；
第二步熱壓成型將混合粉在溫度為1900°C，壓力為35MPa的條件下熱壓成型4h得到鎢基-氧化鋯塊狀混合物；
第三步電子束熔煉將鎢基-氧化鋯塊狀混合物置于電子束熔煉爐內(nèi)坩堝中，抽真空至O. 0038Pa以下，開啟電子槍高壓為28kV，束流為700mA進行熔煉，熔煉lOmin，凝固冷卻后將鎢-氧化鋯合金錠翻轉(zhuǎn)，在高壓為28kV，束流為700mA再熔煉lOmin，凝固冷卻后得到鎢-氧化鋯合金錠；
第四步真空熱處理真空熱處理具有無氧化、無脫碳、無元素貧化的特點，可以實現(xiàn)光亮熱處理，可以使零件脫脂、脫氣，避免表面污染和氫脆；同時可以實現(xiàn)控制加熱和冷卻，減少熱處理變形，提高材料性能；還具有便于自動化、柔性化和清潔熱處理等優(yōu)點，將鎢-氧化鋯合金錠置于真空碳管爐中，在真空度為20Pa的條件下加熱到1900°C，真空退火lh，得到鎢-氧化釔電極材料，經(jīng)檢測，該鎢-氧化釔電極材料致密度為96. 0%、顯微硬度為950MPa。
權(quán)利要求
1.一種稀土鎢電極材料的制備方法，其特征是首先將鎢粉和稀土氧化物粉充分混合得到混合粉，再通過熱壓成型對混合粉進行處理得到鎢基塊狀混合物；然后采用電子束真空高溫熔煉鎢基塊狀混合物，凝固冷卻后得到稀土鎢合金錠；最后將稀土鎢合金錠在真空下進行熱處理，得到稀土鎢電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土鎢電極材料的制備方法，其特征是所述方法具體步驟如下第一步混粉將平均粒度為O. 5-3 μ m的鎢粉和平均粒度為2-6 μ m的稀土氧化物粉混合，球磨l_4h使其充分均勻混合得到混合粉；第二步熱壓成型將混合粉在溫度為1700-1900°C，壓力為25-35MPa的條件下熱壓成型O. 5-3h得到鎢基塊狀混合物；第三步電子束熔煉將鎢基塊狀混合物置于電子束熔煉爐內(nèi)坩堝中，抽真空至O.005Pa以下，開啟電子槍高壓為28-32KV，束流為400_700mA進行熔煉，熔煉10_30min，凝固冷卻后將稀土鎢合金錠翻轉(zhuǎn)，在高壓為28-32KV，束流為400-700mA再熔煉10_30min，凝固冷卻后得到稀土鎢合金錠；第四步真空熱處理將稀土鎢合金錠置于真空碳管爐中，在真空度為l_20Pa的條件下加熱到1600-1900°C，真空退火l_4h，得到稀土鎢電極材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的一種稀土鎢電極材料的制備方法，其特征是所述鎢粉的純度為質(zhì)量分數(shù)大于99. 0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的一種稀土鎢電極材料的制備方法，其特征是所述稀土氧化物粉為氧化釔、氧化鈰、氧化鑭或氧化鋯中的一種或幾種，其純度為質(zhì)量分數(shù)大于 99. 0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的一種稀土鎢電極材料的制備方法，其特征是所述混合粉中稀土氧化物的含量為1%_7%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的一種稀土鎢電極材料的制備方法，其特征是所述稀土鎢電極材料的致密度為96. 0-98. 2%、顯微硬度為950-1250MPa。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金熔煉技術(shù)領域，特別涉及一種熔煉制備鎢電極材料的方法。該方法首先將鎢粉和稀土氧化物粉充分混合得到混合粉，再通過熱壓成型對混合粉進行處理得到鎢基塊狀混合物；然后采用電子束真空高溫熔煉鎢基塊狀混合物，凝固冷卻后得到稀土鎢合金錠；最后將稀土鎢合金錠在真空下進行熱處理，得到稀土鎢電極材料。本發(fā)明利用電子束提供極高密度的能量熔煉稀土鎢材料，熔煉后得到的稀土鎢電極材料致密度較高，與熱壓燒結(jié)相比，電子束熔煉技術(shù)在制備難熔金屬方面，具有明顯的優(yōu)勢，取得的組織更優(yōu)良，通過摻入一定量的稀土氧化物提高電極材料的性能，通過分析顯微硬度的變化，可判定稀土氧化物的添加對電極的硬度會有一定程度的提高。
文檔編號C22C27/04GK103045886SQ20121057641
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者譚毅, 石爽, 游小剛, 姜大川, 石小磊 申請人:大連理工大學