專利名稱：一種稀土鎢電極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土鎢電極材料，該電極可用作惰性氣體保護焊和等離子焊接、切割、噴涂、熔煉以及特殊電光源中。
鎢電極是惰性氣體保護焊和等離子焊接、切割、噴涂、熔煉以及特殊電光源中的關(guān)鍵材料，目前使用較多的是釷鎢電極(含ThO2)和鈰鎢電極(含CeO2)。釷鎢電極在其生產(chǎn)和使用過程中都將給環(huán)境和人體健康帶來放射性危害；鈰鎢電極僅在小規(guī)格焊接用鎢電極方面可取代釷鎢電極。
目前，日本研制了一種分別含La2O3、Y2O3和CeO2的單元稀土鎢電極材料(JP62-93075，
公開日94年10月27日)。包頭稀土研究院研制了一種添加有單元稀土氧化物(Y2O3、La2O3、Nd2O3、Gd2O3)和堿金屬化合物的單元稀土鎢電極材料(CN1041556A，
公開日90年4月25日)。
上述各種稀土鎢電極材料都有各自的優(yōu)點和缺點鈰鎢電極(含CeO2)的加工性能好，在小電流使用時具有較好的電弧穩(wěn)定性，但其反復(fù)引弧性能差、容易斷弧、電弧壓力和許用電流??；鑭鎢電極(含La2O3)在中小電流工作時電弧穩(wěn)定性和電極抗燒損性能好，但其加工性能差，在大電流使用時燒損嚴重；釔鎢電極(含Y2O3)使用時電弧壓力大，在大電流工作時電極的抗燒損性能好，但其加工困難，在小電流使用時電弧穩(wěn)定性差。
本發(fā)明的目的在于提供一種無放射性污染且使用性能好的稀土鎢電極材料。
本發(fā)明提供的稀土鎢電極材料，其組分分別含有La2O3和Y2O3、La2O3和CeO2、Y2O3和CeO2兩種稀土氧化物，其余為W，每種稀土氧化物含量為0．45～1．75％(重量)，稀土氧化物的總含量為2～2．2％(重量)。
鎢中添加稀土氧化物是為了替代有放射性的釷，同時提高電極的電子發(fā)射能力。添加兩種稀土氧化物是為了使電極材料具有比鈰鎢電極(含CeO2)、鑭鎢電極(含La2O3)、釔鎢電極(含Y2O3)和釷鎢電極(含ThO2)更優(yōu)越的使用性能的同時，也具有良好的加工性能。
本發(fā)明采用以下制備方法(1)將稀土硝酸鹽配制成溶液，摻入到WO3粉末中，干燥后經(jīng)500～540℃和640～920℃溫度下的兩次氫氣還原，制得鎢粉。(2)鎢粉經(jīng)壓型、1200±50℃預(yù)燒結(jié)，在90％熔斷電流下垂熔燒結(jié)，后經(jīng)旋鍛和鏈拉加工成各種規(guī)格的電極。
下面對附圖進行圖面說明

圖1電極靜特性曲線圖。
實施例1．按鎢粉重量的1．1％La2O3、1．1％Y2O3稱取硝酸鑭、硝酸釔(根據(jù)氧化物重量換算硝酸鹽量)配制成混合溶液，摻入到WO3粉末中，充分攪拌蒸干和干燥后，先后經(jīng)500～540℃和640～920℃溫度下的兩次氫氣還原，制得鎢粉。將鎢粉壓制成重650克，體積為12×12×400mm3的方條，經(jīng)1200±50℃預(yù)燒結(jié)40分鐘后，再經(jīng)垂熔燒結(jié)。燒結(jié)坯條經(jīng)旋鍛和鏈／拉制成φ6．5mm、φ3．2mm、φ2．4mm、φ2．0mm、φ1．6mm、φ1．0mm幾種規(guī)格的電極。2．按鎢粉重量的1．75％La2O3、0．45％CeO2稱取硝酸鑭硝酸鈰(根據(jù)氧化物重量換算硝酸鹽量)配制成混合溶液，摻入到WO3粉末中，充分攪拌蒸干和干燥后，先后經(jīng)500～540℃和640～920℃溫度下的兩次氫氣還原，制得鎢粉。將鎢粉壓制成重650克，體積為12×12×400mm3的方條，經(jīng)1200±50℃預(yù)燒結(jié)40分鐘后，再經(jīng)垂熔燒結(jié)。燒結(jié)坯條經(jīng)旋鍛和鏈拉制成φ6．5mm、φ3．2mm、φ2．4mm、φ2．0mm、φ1．6mm、φ1．0mm幾種規(guī)格的電極。3．按鎢粉重量的1．75％Y2O3、0．45％CeO2稱取硝酸釔、硝酸鈰(根據(jù)氧化物重量換算硝酸鹽量)配制成混合溶液，摻入到WO3粉末中，充分攪拌蒸干和干燥后，先后經(jīng)500～540℃和640～920℃溫度下的兩次氫氣還原，制得鎢粉。將鎢粉壓制成重650克，體積為12×12×400mm3的方條，經(jīng)1200±50℃預(yù)燒結(jié)40分鐘后，再經(jīng)垂熔燒結(jié)。燒結(jié)坯條經(jīng)旋鍛和鏈拉制成φ6．5mm、φ3．2mm、φ2．4mm、φ2．0mm、φ1．6mm、φ1．0mm幾種規(guī)格的電極。
下面對電極使用性能進行測試。測試結(jié)果與目前國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的鈰鎢電極和釷鎢電極進行對比。
電極編號1含1．1％(重量)La2O3，1．1％(重量)Y2O3，其余為W。
電極編號2含1．75％(重量)La2O3，0．45％(重量)CeO2，其余為W。
電極編號3含1．75％(重量)Y2O3，0．45％(重量)CeO2，其余為W。
電極編號4含2．2％(重量)CeO2的鈰鎢電極(北京鎢鉬材料廠產(chǎn))，該電極為對比電極。
電極編號5含2．0％(重量)ThO2的釷鎢電極(美國華昌公司產(chǎn))，該電極為對比電極。
1～5號電極均選用φ2．4mm磨光電極，電極尖部錐角為45°，所有實驗均采用直流正接(鎢極接負極)、高頻引弧，電源設(shè)備采用ZS500型硅整流焊機、GNP-300型焊機控制箱和100KVA行調(diào)壓器。1．引弧試驗陽極為水冷黃銅。經(jīng)初步引弧，確定從電壓28V開始進行引弧試驗，按1V電壓間隔升高空載電壓，每個電壓下進行引弧試驗30次，每次打高頻1秒內(nèi)起弧為引弧成功，1～10秒內(nèi)起弧為引弧滯后，超過10秒則為引弧失敗。表1為本實驗條件下得到的各電極臨界起弧電壓值。
表1引弧試驗結(jié)果
鎢電極在引弧時和剛起弧后，電極表面還沒有能夠被加熱到足夠高的溫度，因此它還不能作為熱陰極而工作。高頻引弧就是通過高頻電壓的作用使電極與母材之間產(chǎn)生火花放電，引起空間電離，使回路電流逐漸增大至電弧放電范圍。在這個過程中，電極受到正負離子的碰撞，獲得能量，電極表面溫度升高。由此可見，電極表面的功函數(shù)對電極引弧性能的好壞起著決定性的作用，如果電極表面功函數(shù)越低，電極產(chǎn)生熱電子發(fā)射所需的溫度就越低，回路電流過渡到電弧放電所需時間也就越少，即引弧越容易成功。
從表1中可以看出1號、2號和3號組的稀土鎢電極的引弧性能均比4號的鈰鎢電極和5號的釷鎢電極好，其中3號電極的引弧性能最好。2．壽命試驗直流正接(鎢極接負極)，電流240A，燃弧時間20min。用DP-100光學(xué)分析天平測量實驗前后電極質(zhì)量的變化，試驗結(jié)果如表2所示。
從表2可以看出，本發(fā)明研制的1、2、3號稀土鎢電極燃弧前后質(zhì)量減少最小，其抗燒損性能優(yōu)于4號稀土鈰鎢電極。
表2壽命試驗結(jié)果
3．電弧靜特性試驗陽極為水冷銅，氬氣流量8L／min，焊機空載電壓為70V，弧長3mm，電極伸出導(dǎo)氣嘴長度6mm。燃弧后。迅速將回路電流調(diào)至40A，分別在電流為20A、30A、40A、50A、60A、80A、100A和140A時，待電弧穩(wěn)定燃燒，測出所對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電壓值，作出伏安特性曲線，即靜特性曲線，試驗數(shù)據(jù)如表3所示。
表3靜特性曲線試驗數(shù)據(jù)
從圖1可以看出，在相同的工作電流下，1、2、3號稀土鎢電極的開路電壓明顯低于5號釷鎢電極，表明稀土鎢電極的熱電子發(fā)射性能優(yōu)于釷鎢電極，電弧穩(wěn)定性好。
以上的試驗結(jié)果表明本發(fā)明研制的稀土鎢電極的性能均優(yōu)于目前已得到應(yīng)用的稀土鈰鎢電極和釷鎢電極，它們的性能又各有特點。1號電極使用性能(包括引弧、穩(wěn)弧和抗燒損性能等)稍好，適用于小電流時的交流焊接和中小電流(相對于一定規(guī)格電極的容許電流)的直流焊接使用；2號電極小電流時電弧穩(wěn)定，電弧壓縮性好，電弧壓力大，適用于小電流焊接時使用；3號電極的引弧電壓最低，電弧穩(wěn)定性好，電弧壓力大，電弧熱功率大，尤其在大電流時更為突出，電極抗燒損性能最佳，適用于交流焊接和中大電流范圍內(nèi)的直流焊接。
權(quán)利要求
1．一種稀土鎢電極材料，其特征在于其組分含有La2O3、Y2O3和CeO2三種稀土氧化物中的任何兩種，其余為W，以重量百分比計，每種稀土氧化物含量為0．45～1．75％，稀土氧化物的總含量為2～2．2％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀土鎢電極材料,材料中含有La
文檔編號C22C27/00GK1204696SQ9810285
公開日1999年1月13日 申請日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月14日
發(fā)明者張文錄, 周美玲, 趙廣利, 聶祚仁 申請人:北京礦冶研究總院, 北京工業(yè)大學(xué)