專利名稱：一種新型高耐耗多元稀土鎢電極及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種含有四種稀土元素的鎢電極材料及其制備方法，該電極可用作惰性氣體保護焊接，等離子焊接、切割以及噴涂，或者特殊電光源中。
背景技術：
鎢電極是惰性氣體保護焊和等離子焊接、切割、噴涂等設備中使用的關鍵材料，目前使用較多的是釷鎢電極(含ThO2)和鈰鎢電極(含CeO2),此外還有少量使用鑭鎢電極和釔鎢電極。上述幾種稀土鎢電極材料均有各自的優點與缺點釷是放射性元素，因此在釷鎢電極在其生產和使用過程中都將給環境和人體健康帶來放射性危害。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定性，但在使用時引弧困難、焊接過程中容易斷弧、電弧壓力和許用電流小，因此鈰鎢電極僅在小規格焊接用鎢電極方面可取代釷鎢電極。斕鎢電極(含La2O3)在中小電流工作時電弧比較穩定，但是隨著電流的增大燒損嚴重。憶鎢電極(含Y2O3)在大電流工作時電極的抗燒損性能好，但在小電流使用時電弧不穩定，且加工性能差。此外，目前稀土鎢電極在生產過程中普遍使用傳統的垂熔燒結工藝，包括壓制成型、預燒、垂熔燒結三個階段，工藝設備復雜，在此過程中電能轉化的熱能90%以上被流動的氫氣和熱輻射的方式散失；并且垂熔燒結時鎢條兩端溫度低，燒結后達不到后續塑性加工的致密度要求，在塑性加工前需切除端部約3%的材料，造成稀土和鎢資源以及能源的雙
重浪費。本發明提供了一種新型高耐耗多元稀土鎢電極材料，該材料無輻射，具有良好的加工與使用性能。同時提供一種工藝簡單、耗能低、成材率高的復合稀土鎢電極的制備方法。
發明內容
本發明中，稀土鎢電極以多種稀土元素代替具有放射性的釷，同時添加改善塑性加工性能的Re2O3和SPS新工藝的采用，不僅使電極材料的焊接性能達到或超過釷鎢電極， 而且解決了高含量稀土鎢材料加工困難、成材率低的難題。本發明是通過以下技術方案實現的一種新型高耐耗多元稀土鎢電極，其特征在于其組分含有Re203、La203、Ceo2、Y2O3 四種稀土氧化物，其余為W，以重量百分比計，稀土氧化物總含量為I. O 3. 0%，其氧化物成分間重量比例為 Re2O3 La2O3 Ceo2 Y2O3 = I : 2 : 2 : 6。進一步的優選的方案為所述的稀土氧化物總含量重量比為2. 2%。一種新型高耐耗多元稀土鎢電極的制備方法，其特征在于有以下步驟組成(I)摻雜、還原；將稀土硝酸鹽和去離子水配成溶液，以霧狀形式加入到APT粉末中烘干后經600 650°C和850 1000°C溫度下的兩次氫還原，制得鎢粉；
(2)SPS燒結，鎢粉通過SPS燒結，后經旋鍛和拉拔形成各種規格的電極，其中開坯溫度為1600 1650°C,中間經一次退火處理；(3)磨光、檢驗。進一步的優選的方案為所述的600 650°C和850 1000°C溫度下的兩次氫還
原，一次還原使用四管爐，爐內最高溫度為650°C，氫氣流量為5. Om3A,推舟速度為30分/ 舟，裝舟量為2000克；二次還原使用13管爐，氫氣流量為I. 4m3/h，推舟速度為40分/舟， 裝舟量為2000克，還原溫區最高溫度為880°C ；進一步的優選的方案為所述的SPS燒結，其特征在于燒結壓力20MPa，燒結密度 17. 8 18. 2g/cm2,單重 I. 0kg。進一步的優選的方案為所述的退火處理，其特征在于采用超音頻再結晶退火，加熱功率為30千瓦，進料速度為O. 4米/分鐘。本發明采用的“ATP摻雜+還原+SPS燒結+塑性加工”方法制取的符合稀土鎢電極材料，其摻雜方式采用液 固摻雜，使稀土氧化物與鎢粉的混合更加均勻；SPS燒結工藝改變了傳統鎢電極生產過程中高溫垂熔生產方法，使設備工藝得到簡化，縮短了燒結時間， 從而鎢電極單位生產耗能降低30 %以上，同時增加了鎢電極密度，提高了產品成材率。
具體實施例方式下面結合本發明的技術方案和傳統的工藝方法，對本發明進行進一步的說明。一種新型高耐耗多元稀土鎢電極中，對稀土的重量配比為 Re2O3 La2O3 Ceo2 Y2O3 = I 2 2 6，其他為W，總含量為2. 2 %的復合稀土鎢電極通過SPS制備工藝進行研究，并和傳統的“壓型+垂熔燒結”工藝進行比較，具體內容如下如
圖1，本發明的工藝流程圖所述該發明包括以下步驟，1.摻雜，2.還原，3SPS 燒結,4旋鍛,5拉拔,6磨光、檢驗。其中，摻雜步驟中，采用液-固摻雜方式。把稀土硝酸鹽和去離子水配成溶液，將一定重量APT裝入摻雜干燥設備中，轉動設備并按工藝要求質量的稀土溶液以霧狀形式加入APT粉末中，溶液噴完后，啟動循環加熱烘干系統，加熱直至APT粉末烘干。還原工藝中，一次還原使用四管爐，爐內的最高溫度為650°C，氫氣流量為5. Om3/ h，推舟速度為30分/舟，莊周亮為2000g。二次還原使用13管爐，氫氣流量為I. 4m3/h，推舟速度為40分/舟，莊周亮為220g，還原區最高溫度為880°C。SPS燒結步驟中，不需要壓型和預燒，燒結過程中，燒結壓力為20MPa，重量為
I.OKg，燒結密度為17. 8 18. 2g/cm2，SPS設備為3000KWh，高溫燒結時間為3分鐘，單位產品能耗為18KWh。此外，SPS燒結，即等電離子燒結技術是近年來發展起來的一種快速、低溫、均質、 高致密度的利用通斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結方法，SPS的工藝優勢十分明顯加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間段，生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高致密度的材料，可以燒結梯度材料及復雜工件等。SPS裝置操作簡單、不需要專門的熟練技術。SPS燒結具有傳統熱壓、熱等靜電設備與技術無法比擬的有點主要表現在以下幾點1.燒結速度快(一般材料燒結致密化只需要3-10分鐘)2.操作簡單方便，不像熱等靜電壓那樣需要十分熟練的操作人員和特別的模套技術；
3.特殊的燒結機理(粉末內部加熱，電場、磁場作用)，賦予材料新的結構與性能；4.使用范圍廣，可以用金屬、陶瓷、高分子材料，復合材料、梯度材料、非晶塊材料、納米晶塊材料等等，是一種有拱形的材料制備新技術。本發明的工藝流程與傳統垂熔燒結工藝流程各個環節的合格率對比如表I所示
權利要求
1.一種新型高耐耗多元稀土鎢電極，其特征在于其組分含有Re2O3、La2O3、Ceo2、Y2O3四種稀土氧化物，其余為W，以重量百分比計，稀土氧化物總含量為I. O 3. O%，其氧化物成分間重量比例為 Re2O3 La2O3 Ceo2 Y2O3 = I : 2 : 2 : 6。
2.根據權利要求I所述的一種新型高耐耗多元稀土鎢電極，其特征在于所述的稀土氧化物總含量重量比為2. 2%。
3.根據權利要求I所述的一種新型高耐耗多元稀土鎢電極的制備方法，其特征在于有以下步驟組成(1)摻雜、還原；將稀土硝酸鹽和去離子水配成溶液，以霧狀形式加入到APT粉末中烘干后經600 650°C和850 1000°C溫度下的兩次氫還原，制得鎢粉；(2)SPS燒結，鎢粉通過SPS燒結，后經旋鍛和拉拔形成各種規格的電極，其中開坯溫度為1600 1650°C，中間經一次退火處理；(3)磨光、檢驗
4.根據權利要求3所述的一種新型高耐耗多元稀土鎢電極的制備方法，其特征在于 600 650°C和850 1000°C溫度下的兩次氫還原，一次還原使用四管爐，爐內最高溫度為650°C，氫氣流量為5. 0m3/h，推舟速度為30分/舟，裝舟量為2000克；二次還原使用13 管爐，氫氣流量為I. 4m3/h，推舟速度為40分/舟，裝舟量為2000克，還原溫區最高溫度為 880。。。
5.根據權利要求4所述的一種新型高耐耗多元稀土鎢電極的制備方法，其特征在于 所述的SPS燒結，燒結壓力20MPa，燒結密度17. 8 18. 2g/cm2，單重I. Okgo
6.根據權利要求5所述的一種新型高耐耗多元稀土鎢電極的制備方法，其特征在于 所述的退火處理采用超音頻再結晶退火，加熱功率為30千瓦，進料速度為O. 4米/分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種新型高耐耗多元稀土鎢電極及其制備方法。材料中含有Re2O3、La2O3、Ceo2、Y2O3四種稀土氧化物，總含量占金屬總量的重量百分比為1.0～3.0％，其中四種氧化物重量配比為Re2O3∶La2O3∶Ceo2∶Y2O3＝1∶2∶2∶6。其制備方法采用ATP摻雜、二段氫還原、SPS(放電等離子燒結)燒結，后經旋鍛、拉拔加工成各種規格電極，其中旋鍛開坯溫度1550～1600℃。該電極密度高焊接性能好，制備工藝合理，成材率高，節能效果明顯，并且使用過程中不產生有害的氣體。
文檔編號C22C27/04GK102605228SQ201210078790
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者于愛芳 申請人:德州市華業鎢鉬材料有限公司