CN100429010C - 多元复合稀土钨电极材料的拉丝方法 - Google Patents
多元复合稀土钨电极材料的拉丝方法 Download PDFInfo
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Abstract
多元复合稀土钨电极材料的拉丝方法属于稀土难熔功能材料领域。多元复合稀土钨电极材料加工性能差，因此目前未产业化生产，使替代钍钨进程停滞不前。本发明针对此现状提供一种多元复合稀土钨电极材料的拉丝方法，即：先将拉丝模预热到500-550℃，等炉温升至1175-1225℃时，固定加热功率，进行多元复合稀土钨电极材料的拉丝加工，依次采用Φ2.5、Φ2.0、Φ1.6、Φ1.2拉丝模加工，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在875-925℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，可加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的多元复合稀土钨电极。该方法低能耗，加工成品率高。
Description
技术领域：
多元复合稀土钨电极材料的一种工业拉丝方法，属于稀土难熔金属功能材料加工技术领域。
背景技术：
钍钨电极作为电子源和离子源广泛应用于焊接、热喷涂、热切割以及特种光源等领域，鉴于钍具有天然放射性，其生产和使用过程会污染环境危害人类健康，因而随人类环保意识增强寻求新型电极材料成为科研工作者的研究热点。稀土氧化物具有低逸出功，因而倍受关注，研究表明在钨中掺杂少量稀土金属氧化物能够明显降低材料表面逸出功，促进电子发射，镧钨电极、铈钨电极、钇钨电极等单元稀土钨电极相继研制成功，并推入市场，然而上述电极材料都有各自的优点和缺点：镧钨电极在中小电流工作时电弧稳定性和电极抗烧损性能好，但其加工性能差，在大电流使用时烧损严重；铈钨电极具有优良的引弧性能，然而只能用于小电流焊接情况下，在大电流负荷下烧损严重；钇钨电极使用时电弧压力大，在大电流工作时电极的抗烧损性能好，但其加工困难，而且在小电流使用时电弧稳定性差；因此不能全面替代有放射性污染的钍钨电极。
在单元稀土钨电极研究基础上，又相继开发了多元复合稀土钨电极材料，该类材料添加多种稀土氧化物，在电极工作时，各种稀土氧化物共同作用使电极表面形成一稳定的低逸出功活性层，因而多元复合稀土钨电极的焊接性能优于同规格的钍钨电极，然而稀土在促进电子发射的同时严重的改变了钨基体的力学性能，稀土第二相对钨晶界的阻碍作用使稀土钨电极的加工性能很差，特别对于拉丝工艺而言，产品成品率很低，约60％，高额的生产成本导致目前未有多元复合稀土钨电极推向市场，阻碍了替代钍钨电极的进程。
发明内容：
针对以上的技术问题，本发明的目的在于提供产品成品率高的拉丝工艺。
一种适合多元复合稀土钨电极制备的拉丝方法，其特征在于，由以下步骤组成：
1)将拉丝模预热到500-550℃，等炉温升至1175-1225℃时，固定加热功率，将直径为3mm稀土钨杆放入链式拉丝机进行加工，该稀土钨杆成分为：含La2O3、Y2O3和CeO2每种稀土氧化物重量百分比含量为0.4～1.4％，三种稀土氧化物的总重量百分比含量为2～2.2％，余量为钨；
2)拉丝采用石墨乳润滑，选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：8.5-9.5m/min，随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：11.5-12.5m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：12.5-13.5m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：14.5-15.5m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在875-925℃，最后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：15.5-16.5m/min。
按以上工艺可以加工Φ2.5-Φ1.0多种规格的多元复合稀土钨电极；综合成品率为80％以上。
上述步骤中提到的Φ2.5拉丝模等是指摸具最小加工直径为2.5mm，Φ2.5规格钨电极指电极的直径为2.5mm，特此注明。
由于钨的加工性能差因只能采用热加工方式对钨材进行加工，而钨又具有典型的再结晶脆性，因此要求加工温度应该低于钨材的再结晶温度并稍高于晶粒组织的回复温度。对于钨电极的拉丝过程而言，加工温度将会随电极材料变形量的变化而变化，因此拉丝工艺制度的制定变得十分复杂，这也是多元复合稀土钨电极材料虽然具有优良的电子发射性能，但市场上面未有工业化生产的产品出现的主要原因。
本发明根据稀土对钨晶粒组织的影响规律，结合工业试验，提供了一种适合多元复合稀土钨电极材料的拉丝方法，由于添加稀土而形成引入的第二相粒子在电极材料变形过程中会成为位错源，导致随变形量增加，位错等缺陷急剧增加，因而变形组织的回复驱动力增加，回复温度降低，加工温度也应适当降低，因而本发明提供的配模制度、拉丝速度与加工温度紧密结合，使多元复合稀土钨电极材料在拉丝复杂连续变形过程中组织仅发生回复过程，位错等缺陷经攀移和滑移相互抵消，组织得到软化，而不会发生再结晶脆化，因而采用该方法，产品成品率高，而且本发明采用的拉丝温度低于传统工艺的拉丝温度，耗能降低，因此高成品率低能耗是本发明的主要优点，这会直接降低多元复合稀土钨电极的生产成本，较低的成本优势，也加速了该类稀土钨电子发射体替代钍钨的进程。
具体实施方式
1.先将拉丝模预热到500℃，等炉温升至1175℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.44％La2O3、1.32％Y2O3、0.44％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：8.5m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：11.5m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：12.5m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：14.5m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在875℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：15.5m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为84％。
2.先将拉丝模预热到525℃，等炉温升至1200℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.44％La2O3、1.32％Y2O3、0.44％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：9m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：12m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：13m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：15m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在900℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：16m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为83％。
3.先将拉丝模预热到550℃，等炉温升至1250℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.44％La2O3、1.32％Y2O3、0.44％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：9.5m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：12.5m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：13.5m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：15.5m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在925℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：16.5m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为82％。
4.先将拉丝模预热到500℃，等炉温升至1175℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.73％La2O3、0.73％Y2O3、0.73％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：8.5m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：11.5m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：12.5m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：14.5m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在875℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：15.5m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为81％。
5.先将拉丝模预热到525℃，等炉温升至1200℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.73％La2O3、0.73％Y2O3、0.73％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：9m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：12m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：13m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：15m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在900℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：16m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为84％。
6.先将拉丝模预热到550℃，等炉温升至1250℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.73％La2O3、0.73％Y2O3、0.73％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：9.5m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：12.5m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：13.5m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：15.5m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在925℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：16.5m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为83％。
7.先将拉丝模预热到500℃，等炉温升至1175℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.55％La2O3、1.1％Y2O3、0.55％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：8.5m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：11.5m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：12.5m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：14.5m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在875℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：15.5m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为85％。
8.先将拉丝模预热到525℃，等炉温升至1200℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.55％La2O3、1.1％Y2O3、0.55％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：9m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：12m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：13m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：15m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在900℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：16m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为84％。
9.先将拉丝模预热到550℃，等炉温升至1250℃时，固定加热功率，将按重量百分比计，稀土氧化物含量为0.55％La2O3、1.1％Y2O3、0.55％CeO2，余量为钨的直径Φ3的稀土钨丝杆放入链式拉丝机上进行加工，采用石墨乳为润滑剂，首先选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：9.5m/min，丝材随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：12.5m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：13.5m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：15.5m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在925℃。然后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：16.5m/min，在经历每个拉丝模加工后，检查丝杆直径公差不能超过±0.03，否则需要修模后返工。采用以上工艺可以加工制备Φ2.5-Φ1.0多种规格的稀土钨丝杆，综合成品率为85％。
Claims (1)
1、一种多元复合稀土钨电极制备的拉丝方法，其特征在于，由以下步骤组成：
1)将拉丝模预热到500-550℃，等炉温升至1175-1225℃时，固定加热功率，将直径为3mm稀土钨杆放入链式拉丝机进行加工，该稀土钨杆成分为：含La2O3、Y2O3和CeO2每种稀土氧化物重量百分比含量为0.4～1.4％，三种稀土氧化物的总重量百分比含量为2～2.2％，余量为钨；
2)拉丝采用石墨乳润滑，选择Φ2.5拉丝模进行加工，拉丝速度设为：8.5-9.5m/min，随后经过Φ2.0拉丝模进行加工，拉丝速度为：11.5-12.5m/min，然后经过Φ1.6拉丝模进行加工，拉丝速度为：12.5-13.5m/min，进而经过Φ1.2拉丝模进行加工，拉丝速度为：14.5-15.5m/min，经过Φ1.2拉丝模加工后，调整加热炉的功率，使炉温保持在875-925℃，最后进行Φ1.0拉丝模加工，拉丝速度为：15.5-16.5m/min；上述步骤中提到的Φ2.5，Φ2.0，Φ1.6，Φ1.2，Φ1.0拉丝模是指摸具最小加工直径为2.5mm，2.0mm，1.6mm，1.2mm，1.0mm。
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| CN1586797A (zh) * | 2004-09-30 | 2005-03-02 | 北京矿冶研究总院 | 多元复合稀土－钨电极材料的制备方法 |
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2007
- 2007-05-11 CN CNB2007100990891A patent/CN100429010C/zh active Active
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| CN105750342A (zh) * | 2007-11-21 | 2016-07-13 | 株式会社东芝 | 钨丝的制造方法 |
| CN105750342B (zh) * | 2007-11-21 | 2019-06-04 | 株式会社东芝 | 钨丝的制造方法 |
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