本發明涉及金屬材料技術領域，特別涉及一種稀土鎢合金及其制備方法。
背景技術：
鎢極氬弧焊幾乎適合于所有金屬材料的焊接，特別是有色金屬及其合金、不銹鋼、高溫合金、鈦及鈦合金以及難熔的活性金屬等，由于鎢電極材料具有較好的高溫強度，在焊接電弧燃燒過程中，作為電極的鎢棒或鎢合金棒基本上不產生熔化和變形。在惰性氣體的保護下，電弧區的熱擴散也較小，能維持較為穩定的電弧形狀和電弧長度，焊接過程十分穩定；同時焊接區的金屬基本與空氣隔離，從而可以保證高質量的焊縫。
釷鎢電極具有起弧容易、耐用電流大、使用壽命長等優點，是當前鎢極惰性氣體保護焊中的主要電極材料。但釷鎢電極中的釷是一種天然放射性元素，其α射線的半衰期極長，因此，釷鎢電極材料在長期生產和使用過程中給人體和環境造成累積性的放射性危害。盡管釷具有累積性的放射性危害，但由于至今沒有綜合性能更優異的工業電極產品可完全取代釷鎢電極，目前，國內鎢釷電極的市場份額仍占70％以上，其余份額主要是鈰鎢電極等單元稀土鎢電極。
單元稀土鎢電極在不同方面體現出各自的特長，如鑭鎢電極具有優良的起弧性能，釔鎢電極在大功率使用條件下穩定性好，鈰鎢電極的加工性能好，成本低，但是這些單元稀土鎢電極的其他使用性能完全不能跟鎢釷電極相媲美。
目前，越來越多的學者開始將研究重點轉向多元復合稀土鎢電極材料，并研究了多種不同配比的復合稀土鎢電極的使用性能。但是現有技術中的多元復合稀土鎢電極材料都是以稀土的硝酸鹽溶液與藍色氧化鎢為原料，經還原、壓制和多次燒結后制備，制備工藝復雜，且致密度低，不能充分發揮稀土元素的作用，得到焊接性能優異的稀土鎢電極。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種稀土鎢合金的制備方法。本發明提供的制備方法簡單，制備得到的稀土鎢合金組織致密，焊接性能優異。
本發明提供了一種稀土鎢合金的制備方法，所述稀土鎢合金包括質量含量為1.5～3％的稀土氧化物和余量的鎢；所述稀土氧化物包括氧化鑭、氧化鈰和氧化釔；所述氧化鑭、氧化鈰和氧化釔的質量含量獨立地為0.3～1.5％；
所述稀土鎢合金的制備包括以下步驟：
(1)將稀土氧化物原料分散于乙醇中，得到稀土氧化物分散液；
(2)將所述步驟(1)得到的稀土氧化物分散液與粒度為4～6μm的鎢粉和粒度為1～3μm的鎢粉混合，得到混合物料；
(3)將所述步驟(2)得到的混合物料進行壓制，得到坯料；
(4)將所述步驟(3)得到的坯料燒結，得到稀土鎢合金。
優選的，所述步驟(1)中稀土氧化物原料的粒徑為0.5～1μm。
優選的，所述步驟(1)的分散液中稀土氧化物與乙醇的質量比為1:3～8。
優選的，所述步驟(1)中的分散為超聲分散。
優選的，所述步驟(2)中粒度為4～6μm的鎢粉和粒度為1～3μm的鎢粉的質量比為15～20:1。
優選的，所述步驟(3)中的壓制為冷等靜壓。
優選的，所述步驟(4)中燒結的溫度為1800～2100℃，燒結的時間為4～10h。
優選的，所述步驟(4)中燒結為真空燒結。
本發明還提供了上述技術方案所述制備方法制備的稀土鎢合金，微觀組織為：稀土氧化物分布于鎢晶界處。
優選的，所述稀土氧化物的粒徑為0.5～1μm。
本發明提供了一種稀土鎢合金的制備方法，將稀土氧化物分散于乙醇中，與粒度為4～6μm的鎢粉和粒度為1～3μm的鎢粉混合，經壓制和一次燒結后得到稀土鎢合金；得到的稀土鎢合金包括質量含量為1.5～3％的稀土氧化物和余量的鎢；所述稀土氧化物包括氧化鑭、氧化鈰和氧化釔；所述氧化鑭、氧化鈰和氧化釔的質量含量獨立地為0.3～1.5％。實驗結果表明，本發明提供的稀土鎢合金的制備方法簡單，制備得到的稀土鎢合金組織致密，致密度可達18.0g/cm3起弧性能和穩定性好，使用壽命長，燒損率可低至16mg/h。
附圖說明
圖1為實施例1中制備的稀土鎢合金的顯微組織圖。
具體實施方式
本發明提供了一種稀土鎢合金的制備方法，所述稀土鎢合金包括質量含量為1.5～3％的稀土氧化物和余量的鎢；所述稀土氧化物包括氧化鑭、氧化鈰和氧化釔；所述氧化鑭、氧化鈰和氧化釔的質量含量獨立地為0.3～1.5％；
所述稀土鎢合金的制備包括以下步驟：
(1)將稀土氧化物原料分散于乙醇中，得到稀土氧化物分散液；
(2)將所述步驟(1)得到的稀土氧化物分散液與粒度為4～6μm的鎢粉和粒度為1～3μm的鎢粉混合，得到混合物料；
(3)將所述步驟(2)得到的混合物料進行壓制，得到坯料；
(4)將所述步驟(3)得到的坯料燒結，得到稀土鎢合金。
在本發明中，所述稀土鎢合金包括質量含量為1.5～3％的稀土氧化物和余量的鎢，優選為2～2.5％的稀土氧化物和余量的鎢。
在本發明中，所述稀土氧化物包括氧化鑭、氧化鈰和氧化釔；所述氧化鑭、氧化鈰和氧化釔的質量含量獨立地為0.3～1.5％，優選為0.5～1.1％，更優選為0.8～1％。
本發明將稀土氧化物原料分散于乙醇中，得到稀土氧化物分散液。在本發明中，所述稀土氧化物原料的粒徑優選為0.5～1μm，更優選為0.6～0.9μm，最優選為0.7～0.8μm。在本發明中，所述分散液中的稀土氧化物原料與乙醇的質量比優選為1:3～8，更優選為1:5～7。在本發明中所述分散優選為超聲分散。在本發明中，所述超聲分散的功率密度優選為20～40W/L，更優選為25～35W/L；所述超聲分散的時間優選為1～10min，更優選為3～8min。在本發明中，所述分散使稀土氧化物能夠均勻分布。優選的，所述超聲分散使稀土氧化物以一次顆粒的形式均勻分散，最終使得其在稀土鎢合金中均勻分布。
得到稀土氧化物分散液后，本發明將所述稀土氧化物分散液與粒度為4～6μm的鎢粉和粒度為1～3μm的鎢粉混合，得到混合物料。在本發明中，所述粒度為4～6μm的鎢粉和粒度為1～3μm的鎢粉的質量比優選為15～20:1，更優選為16～19:1，最優選為17～18:1。在本發明中，所述不同粒度的兩種鎢粉配合使用，能夠有效提高稀土鎢合金的致密度。
在本發明中，所述分散液與鎢粉的混合優選在攪拌條件下進行；所述攪拌的轉速優選為100～200r/min，更優選為140～170r/min；所述攪拌的時間優選為10～30min，更優選為15～25min。在本發明中，所述分散液與鎢粉的混合優選在真空條件下進行；所述真空條件的真空度優選為0.1Pa以下，更優選為0.02～0.08Pa。本發明對所述分散液與鎢粉的混合的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的混料設備即可。在本發明中，所述分散液與鎢粉的混合的裝置優選為真空混料機。
混合完成后，本發明優選將所述混合的產物進行干燥，得到混合物料。在本發明中，所述干燥優選為真空干燥。在本發明中，所述真空干燥的真空度優選為0.1Pa以下，更優選為0.02～0.08Pa；所述真空干燥的溫度優選為60～80℃，更優選為65～75℃；所述真空干燥的時間優選為1～4h，更優選為2～3h。
得到混合物料后，本發明將所述混合物料進行壓制，得到坯料。在本發明中，所述壓制優選為冷等靜壓。在本發明中，所述壓制的裝置優選為冷等靜壓機。在本發明中，所述壓制的壓力優選為150～300MPa，更優選為180～260MPa，最優選為200～220MPa；所述壓力下的保壓時間優選為5～30min，更優選為10～25min，最優選為15～20min。在本發明中，所述壓制能夠提高稀土鎢合金致密度和均勻性。優選的，所述冷等靜壓能夠改善液壓機壓制坯料的密度不均勻性，得到密度均勻的坯料。
得到坯料后，本發明將所述坯料燒結，得到稀土鎢合金。在本發明中，所述燒結的溫度優選為1800～2100℃，更優選為1850～2050℃，最優選為1900～2000℃；所述燒結的時間優選為4～10h，更優選為5～9h，最優選為7～8h。在本發明中，所述燒結優選為真空燒結；所述真空燒結的真空度優選為6×10-3Pa以下，更優選為1～5×10-3Pa，最優選為2～4×10-3Pa。在本發明中，所述燒結能夠使稀土鎢合金組織更加致密。
所述燒結后，本發明優選將得到的燒結產物冷卻，得到稀土鎢合金。本發明對所述燒結后的冷卻方式沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的燒結冷卻方式即可。在本發明中，所述冷卻優選為隨爐冷卻至室溫。
本發明還提供了上述技術方案所述制備方法制備的稀土鎢合金，微觀組織為：稀土氧化物分布于鎢晶界處。在本發明中，所述稀土氧化物的粒徑優選為0.5～1μm，更優選為0.6～0.9μm，最優選為0.7～0.8μm。
為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的稀土鎢合金及其制備方法進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發明保護范圍的限定。
實施例1:
稱取氧化鈰10g，氧化釔5g，氧化鑭5g，置于100g酒精中用20W/L的超聲波超聲分散3min，得到稀土氧化物分散液；
稱取粒度為5μm的鎢粉920g，粒度2.5μm的鎢粉60g與稀土氧化物分散液共同置于真空度為0.1Pa的真空混料機中，150r/min速率混料15min，然后0.1Pa，70℃真空干燥3h，得到混合物料；
將混合物料放入軟包套中，放入等靜壓機壓制，壓制壓力200MPa，保壓時間5min，得到坯料；
將坯料置于6×10-3Pa真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度2000℃，保溫時間5小時，隨爐降溫得到稀土鎢合金。
本實施例制備的稀土鎢合金的顯微組織圖如圖1所示，從圖1中可以看出，稀土氧化物均勻分布于鎢晶界處。
本實施例制備的稀土鎢合金的致密度為17.9g/cm3；將其用于電極焊接不銹鋼或碳鋼，起弧性能和穩定性好，燒損率為20mg/h。
實施例2:
稱取氧化鈰6.67g，氧化釔6.67g，氧化鑭6.67g，置于酒精中用30W/L的超聲波超聲分散6min，得到稀土氧化物分散液；
稱取粒度為6μm的鎢粉930g，粒度為3μm的鎢粉50g與稀土氧化物分散液共同置于0.05Pa真空混料機中，120r/min速率混料20min，然后0.05Pa，80℃真空干燥1h，得到混合物料；
將混合物料放入軟包套中，放入等靜壓機壓制，壓制壓力250MPa，保壓時間10min，得到坯料；
將坯料置于5×10-3Pa真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度1900℃，保溫時間7小時，隨爐降溫得到稀土鎢合金。
本實施例制備的稀土鎢合金的致密度為17.8g/cm3；將其用于電極焊接不銹鋼或碳鋼，起弧性能和穩定性好，燒損率為17mg/h。
實施例3:
稱取氧化鈰6.67g，氧化釔6.67g，氧化鑭6.67g，置于酒精中用30W/L的超聲波超聲分散6min，得到稀土氧化物分散液；
稱取粒度為6μm的鎢粉930g，粒度為3μm的鎢粉50g與稀土氧化物分散液共同置于0.08Pa真空混料機中，100r/min混料30min，然后0.05Pa，60℃真空干燥4h，得到混合物料；
將混合物料放入軟包套中，放入等靜壓機壓制，壓制壓力150MPa，保壓時間30min，得到坯料；
將坯料置于4×10-3Pa真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度2100℃，保溫時間6小時，隨爐降溫得到稀土鎢合金。
本實施例制備的稀土鎢合金的致密度為18.0g/cm3；將其用于電極焊接不銹鋼或碳鋼，起弧性能和穩定性好，燒損率為18mg/h。
實施例4:
稱取氧化鈰4g，氧化釔10g，氧化鑭6g，置于酒精中用20W/L的超聲波超聲分散10min，得到稀土氧化物分散液；
稱取粒度為4μm的鎢粉925g，粒度為3μm的鎢粉55g與稀土氧化物分散液共同置于0.08Pa真空混料機中，180r/min混料20min，然后0.08Pa，75℃真空干燥2h，得到混合物料；
將混合物料放入軟包套中，放入等靜壓機壓制，壓制壓力300MPa，保壓時間10min，得到坯料；
將坯料置于5.5×10-3Pa真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度2050℃，保溫時間8小時，隨爐降溫得到稀土鎢合金。
本實施例制備的稀土鎢合金的致密度為17.9g/cm3；將其用于電極焊接不銹鋼或碳鋼，起弧性能和穩定性好，燒損率為21mg/h。
實施例5:
稱取氧化鈰5g，氧化釔5g，氧化鑭10g，置于酒精中用25W/L的超聲波超聲分散8min，得到稀土氧化物分散液；
稱取粒度為5μm的鎢粉930g，粒度為2.5μm的鎢粉50g與稀土氧化物分散液共同置于0.1Pa真空混料機中，140r/min混料10min，然后0.1Pa，65℃真空干燥3h，得到混合物料；
將混合物料放入軟包套中，放入等靜壓機壓制，壓制壓力200MPa，保壓時間25min，得到坯料；
將坯料置于5×10-3Pa真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度1900℃，保溫時間8小時，隨爐降溫得到稀土鎢合金。
本實施例制備的稀土鎢合金的致密度為17.9g/cm3；將其用于電極焊接不銹鋼或碳鋼，起弧性能和穩定性好，燒損率為24mg/h。
實施例6:
稱取氧化鈰5g，氧化釔12g，氧化鑭3g，置于酒精中用20W/L的超聲波超聲分散3min，得到稀土氧化物分散液；
稱取粒度為4μm的鎢粉930g，粒度為3μm的鎢粉50g與稀土氧化物分散液共同置于0.1Pa真空混料機中，120r/min混料20min，然后0.1Pa，75℃真空干燥2h，得到混合物料；
將混合物料放入軟包套中，放入等靜壓機壓制成坯條，壓制壓力250MPa，保壓時間10min，得到坯料；
將坯料置于4×10-3Pa真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度2050℃，保溫時間5小時，隨爐降溫得到稀土鎢合金。
本實施例制備的稀土鎢合金的致密度為18.0g/cm3；將其用于電極焊接不銹鋼或碳鋼，起弧性能和穩定性好，燒損率為16mg/h。
實施例7:
稱取氧化鈰12g，氧化釔4g，氧化鑭4g，置于酒精中用20W/L的超聲波超聲分散10min，得到稀土氧化物分散液；
稱取粒度為6μm的鎢粉925g，粒度為2μm的鎢粉55g與稀土氧化物分散液共同置于0.1Pa真空混料機中，200r/min混料10min，然后0.1Pa，70℃真空干燥2h，得到混合物料；
將混合物料放入軟包套中，放入等靜壓機壓制，壓制壓力250MPa，保壓時間20min，得到坯料；
將坯料置于6×10-3Pa真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度2100℃，保溫時間10小時，隨爐降溫得到稀土鎢合金。
本實施例制備的稀土鎢合金的致密度為18.0g/cm3；將其用于電極焊接不銹鋼或碳鋼，起弧性能和穩定性好，燒損率為20mg/h。
實施例8:
稱取氧化鈰3g，氧化釔3g，氧化鑭16g，置于酒精中用30W/L的超聲波超聲分散15min，得到稀土氧化物分散液；
稱取粒度為6μm的鎢粉930g，粒度為1μm的鎢粉50g與稀土氧化物分散液共同置于0.1Pa真空混料機中，200r/min混料15min，然后0.1Pa，70℃真空干燥2h，得到混合物料；
將混合物料放入軟包套中，放入等靜壓機壓制，壓制壓力280MPa，保壓時間20min，得到坯料；
將坯料置于6×10-3Pa真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度1900℃，保溫時間4小時，隨爐降溫得到稀土鎢合金。
本實施例制備的稀土鎢合金的致密度為17.8g/cm3；將其用于電極焊接不銹鋼或碳鋼，起弧性能和穩定性好，燒損率為26mg/h。
由以上實施例可以看出，本發明提供的制備方法簡單，制備的稀土鎢合金具有良好的起弧性能和穩定性，燒損率低，使用壽命由于釷鎢合金。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，并非對本發明作任何形式上的限制。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。