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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(hù)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(shù)：
鎢電極是惰性氣體保護(hù)焊和等離子焊接、切割、噴涂等設(shè)備中使用的關(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),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(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)釷是放射性元素，因此在釷鎢電極在其生產(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(含CeO2) 的加工性能好，在小電流使用時(shí)具有較好的電弧穩(wěn)定性，但在使用時(shí)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(guī)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(shí)電弧比較穩(wěn)定，但是隨著電流的增大燒損嚴(yán)重。憶鎢電極(含Y2O3)在大電流工作時(shí)電極的抗燒損性能好，但在小電流使用時(shí)電弧不穩(wěn)定，且加工性能差。此外，目前稀土鎢電極在生產(chǎn)過程中普遍使用傳統(tǒng)的垂熔燒結(jié)工藝，包括壓制成型、預(yù)燒、垂熔燒結(jié)三個(gè)階段，工藝設(shè)備復(fù)雜，在此過程中電能轉(zhuǎn)化的熱能90%以上被流動(dòng)的氫氣和熱輻射的方式散失；并且垂熔燒結(jié)時(shí)鎢條兩端溫度低，燒結(jié)后達(dá)不到后續(xù)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(fèi)。本發(fā)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(shí)提供一種工藝簡單、耗能低、成材率高的復(fù)合稀土鎢電極的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(shí)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(dá)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(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)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(jì)，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(jìn)一步的優(yōu)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(jīng)600 650°C和850 1000°C溫度下的兩次氫還原，制得鎢粉；
(2)SPS燒結(jié)，鎢粉通過SPS燒結(jié)，后經(jīng)旋鍛和拉拔形成各種規(guī)格的電極，其中開坯溫度為1600 1650°C,中間經(jīng)一次退火處理；(3)磨光、檢驗(yàn)。進(jìn)一步的優(yōu)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(nèi)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(qū)最高溫度為880°C ；進(jìn)一步的優(yōu)選的方案為所述的SPS燒結(jié)，其特征在于燒結(jié)壓力20MPa，燒結(jié)密度 17. 8 18. 2g/cm2,單重 I. 0kg。進(jìn)一步的優(yōu)選的方案為所述的退火處理，其特征在于采用超音頻再結(jié)晶退火，加熱功率為30千瓦，進(jìn)料速度為O. 4米/分鐘。本發(fā)明采用的“ATP摻雜+還原+SPS燒結(jié)+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(jié)工藝改變了傳統(tǒng)鎢電極生產(chǎn)過程中高溫垂熔生產(chǎn)方法，使設(shè)備工藝得到簡化，縮短了燒結(jié)時(shí)間， 從而鎢電極單位生產(chǎn)耗能降低30 %以上，同時(shí)增加了鎢電極密度，提高了產(chǎn)品成材率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明的技術(shù)方案和傳統(tǒng)的工藝方法，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。一種新型高耐耗多元稀土鎢電極中，對(duì)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(fù)合稀土鎢電極通過SPS制備工藝進(jìn)行研究，并和傳統(tǒng)的“壓型+垂熔燒結(jié)”工藝進(jìn)行比較，具體內(nèi)容如下如

圖1，本發(fā)明的工藝流程圖所述該發(fā)明包括以下步驟，1.摻雜，2.還原，3SPS 燒結(jié),4旋鍛,5拉拔,6磨光、檢驗(yàn)。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(shè)備中，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備并按工藝要求質(zhì)量的稀土溶液以霧狀形式加入APT粉末中，溶液噴完后，啟動(dòng)循環(huán)加熱烘干系統(tǒng)，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(nèi)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(qū)最高溫度為880°C。SPS燒結(jié)步驟中，不需要壓型和預(yù)燒，燒結(jié)過程中，燒結(jié)壓力為20MPa，重量為
I.OKg，燒結(jié)密度為17. 8 18. 2g/cm2，SPS設(shè)備為3000KWh，高溫?zé)Y(jié)時(shí)間為3分鐘，單位產(chǎn)品能耗為18KWh。此外，SPS燒結(jié)，即等電離子燒結(jié)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種快速、低溫、均質(zhì)、 高致密度的利用通斷直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的加壓燒結(jié)方法，SPS的工藝優(yōu)勢(shì)十分明顯加熱均勻，升溫速度快，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間段，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)，可以得到高致密度的材料，可以燒結(jié)梯度材料及復(fù)雜工件等。SPS裝置操作簡單、不需要專門的熟練技術(shù)。SPS燒結(jié)具有傳統(tǒng)熱壓、熱等靜電設(shè)備與技術(shù)無法比擬的有點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)1.燒結(jié)速度快(一般材料燒結(jié)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(shù)；
3.特殊的燒結(jié)機(jī)理(粉末內(nèi)部加熱，電場、磁場作用)，賦予材料新的結(jié)構(gòu)與性能；4.使用范圍廣，可以用金屬、陶瓷、高分子材料，復(fù)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(shù)。本發(fā)明的工藝流程與傳統(tǒng)垂熔燒結(jié)工藝流程各個(gè)環(huán)節(jié)的合格率對(duì)比如表I所示
權(quán)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(jì)，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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jīng)600 650°C和850 1000°C溫度下的兩次氫還原，制得鎢粉；(2)SPS燒結(jié)，鎢粉通過SPS燒結(jié)，后經(jīng)旋鍛和拉拔形成各種規(guī)格的電極，其中開坯溫度為1600 1650°C，中間經(jīng)一次退火處理；(3)磨光、檢驗(yàn)
4.根據(jù)權(quán)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(nèi)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(qū)最高溫度為 880。。。
5.根據(jù)權(quán)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(jié)，燒結(jié)壓力20MPa，燒結(jié)密度17. 8 18. 2g/cm2，單重I. Okgo
6.根據(jù)權(quán)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(jié)晶退火，加熱功率為30千瓦，進(jìn)料速度為O. 4米/分鐘。
全文摘要
本發(fā)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(jié))燒結(jié)，后經(jīng)旋鍛、拉拔加工成各種規(guī)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(jié)能效果明顯，并且使用過程中不產(chǎn)生有害的氣體。
文檔編號(hào)C22C27/04GK102605228SQ201210078790
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者于愛芳 申請(qǐng)人:德州市華業(yè)鎢鉬材料有限公司