CN102789954A - 具有定向结晶大晶粒放电端部的钨电极及其制备 - Google Patents
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Abstract
发明涉及到气体放电灯灯丝电极领域，具体涉及到一种具有定向结晶大晶粒放电端部的钨电极及其制备。本发明的突出特点和有益效果为：在钨电极端部受到高频和超高频感应加热过程中，低熔点成分挥发，端部钨成为高纯度，达99.999％，杂质含量减少，在放电工作时，电极光通量维持率高；由于端部定向快速冷却结晶，端部钨晶粒大而少，且呈柱状束沿钨极轴向排列，在通电时，电子云可在单个晶粒体中无阻碍流动，在材料中不加入具有放射性元素稀土钍的情况下，仍可以实现较低电压起辉和维持正常电导通；由于电极为钨材料组成，不含有任何稀土金属，减少资源的使用，降低成本，电极对人体无害。
Description
技术领域
本发明涉及到气体放电灯灯丝电极领域，具体涉及到全新构思的一种具有定向结晶大晶粒放电端部的钨电极及其制备。
背景技术
钨电极广泛应用于各种特种光源灯具中作气体放电灯灯丝电极。因钨熔点高达3410℃，通常只能采用粉末冶金工艺方法生产，再经过后道工序锻造和拉拔，晶粒细小，大量晶界存在，造成杂质附集。为确保电极低电压起辉，往往还要添加具有放射性的稀土金属钍；在放电工作过程中，由于放电端部其他低熔点成份微小颗粒的蒸发，导致光通量维持率逐步下降；而随着社会环保意识的增强，含有钍的放电电极应该废除。设计制备性能良好而且不含放射性物质的电极成为照明行业的当务之急。
发明内容
本发明提出一种创新构思的气体放电灯灯丝电极，其放电关键部分即放电端部形成特殊的金相组织结构。其要点是：1)钨电极的放电端端部由高纯度钨组成，在电极工作时，有效地减少了有害物质的挥发，提高电极寿命及灯管工作后期有效光通，抑制了灯管工作后期的光衰；2)改变原有的细密多晶组织结构，在端部形成沿电极轴线定向结晶的大晶粒甚至单晶粒，电极中电子运动方向上的晶界被消除，电流导通方向无晶界阻碍，可以实现低电压起辉，避免高电压对电极的冲击，延长电极寿命。
本发明的上述两个目的通过以下技术方案和装备实现：设计一种对电极放电端部作处理的装备。首先对电极端部作高频感应加热，使其低熔点成份挥发，再超高频快速感应加热，使钨成球状熔池，即分段感应加热工艺法。在钨极的端部设置高频感应线圈，先采用频率30-80KHz的高频，感应加热30-60秒，使得原来在钨晶粒晶界之间的低熔点成份蒸发逸出，用真空泵抽出；随后用0.9-1.1MHz的超高频电继续对端部快速感应加热，时间约3秒，端部的钨熔融成熔池，原有的钨晶体全部融合，低熔点成份进一步挥发，经过本发明办法的纯化后，端部钨成为高纯度达99.999％，钨极放电端部的杂质元素Fe含量减少10％以上、Na含量减少20％-80％、K含量减少20％-80％、Si含量减少20％-80％、P含量减少20％-80％、S含量减少20％-80％、Ni含量减少20％-80％、Ac含量减少20％-80％、Ca含量减少20％-80％、Cr含量减少20％-80％。然后对钨极进行可控制的冷却，钨丝的另一端与高效导热器连接，导热器内通水，热量迅速从钨极的端部通过钨极的杆部传出，端部的钨熔池开始定向结晶，由于熔液中极少杂质，也没有受到外力的介入，成核数量少，甚至可以出现单晶体，晶粒的径向直径是钨电极杆部细晶粒直径的10-1000倍。由于熔池的热量沿轴向向钨电极杆部流动，结晶成定向，柱状晶粒相互平行且成为与钨电极轴线一致的束状。
本发明的突出特点和有益效果：
1)在端部受到高频和超高频感应加热过程中，低熔点成分挥发，
端部钨成为高纯度达99.999％，杂质含量减少，在放电工作时，电极光通量维持率高。
2)端部钨晶粒大而少，且呈柱状束沿钨极轴向排列，在通电时，电子云可在单个晶粒体中无阻碍流动。在材料中不加入具有放射性稀土钍的情况下，仍可以实现较低电压起辉和维持正常电导通，延长电极寿命。
3)由于电极为钨材料组成，不含有任何稀土金属，减少了稀有资源的使用，降低成本。电极对人体无害。
附图说明
图1为实现本发明的工艺装备，图中1为高频感应线圈，2为高频和超高频发生器，3为钨极端部，4为钨极杆部，5为真空密封玻璃罩，6为可控导热器，7为冷却水进出口，8为真空泵。可由PLC对高频发生器、真空泵和导热器的循环工作进行控制。
图2为钨电极端部的高倍金相显微照片，可以看到，少数柱状晶粒组合成束状，束状的走向与钨电极的轴线一致。
具体实施方式
一种气体放电灯钨电极的新金相组织结构的加工工艺，可采用图1所示的工艺装备实现。钨电极由钨电极端部3和钨电极杆部4组成，首先把钨电极置入高频感应线圈1的中间，关闭真空密封玻璃罩5，然后高频和超高频发生器2通电，高频感应线圈1中产生高频和超高频交流电，使钨电极端部感应加热升温，此时开启真空泵8，把真空密封玻璃罩5中的空气抽出。加热结束时，立即向冷却水进出口7通入冷却水，并控制通入水的流量，可控导热器6把钨电极端部3的热量经钨电极杆部4快速导出。
为了确保电极端部3的钨材料达到高纯度99.999％，应严格掌握高频感应线圈1通入高频电流的时间，以30-60秒为宜，应及时抽取样品，检验钨的纯度以调节高频电流工作时间。通入超高频电流时间不宜过长，一方面要确保端部金属形成熔池，另一方面要确保熔池能立在钨极端部而不坍塌，以形成良好美观有光泽的钨电极端部3，钨电极端部3轴向长度以0.5-1.5mm为宜。导热器必须与钨电极杆部4的另一端有良好的接触，使钨电极端部的热量可通过钨电极杆部快速导出。调节通入冷却水进出口7的水流量，可控制冷却速率。
Claims (12)
1.一种具有定向结晶大晶粒放电端的钨电极，其特征在于钨电极端部钨晶粒大而少，晶粒的径向尺寸是钨电极杆部细晶粒直径的10-1000倍，且呈柱状束沿钨电极轴向排列。
2.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素Fe较钨电极杆部降低10％以上。
3.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素Na较钨电极杆部降低20％-80％以上。
4.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素K较钨电极杆部降低20％-80％以上。
5.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素Si较钨电极杆部降低20％-80％以上。
6.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素P较钨电极杆部降低20％-80％以上。
7.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素S较钨电极杆部降低20％-80％以上。
8.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素Ni较钨电极杆部降低20％-80％以上。
9.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素Ac较钨电极杆部降低20％-80％以上。
10.定向结晶粒钨电极放电端的杂质元素Ca较钨电极杆部降低20％-80％以上。
11.根据权利要求1所述的一种具有定向结晶大晶粒放电端的钨电极及其制备，其特征在于对电极端部作高频感应加热，使低熔点成份蒸发，再超高频快速感应加热，使钨成球状熔池，即分段加热工艺法。
12.根据权利要求1所述的一种具有定向结晶大晶粒放电端的钨电极及其制备，其特征在于钨极的另一端与高效散热器连接，端部的钨熔融成熔池后，散热器内通水且控制流量，对钨极进行可控制的冷却，热量迅速从钨极的端部通过钨极的杆部传出，端部的钨熔池开始定向结晶成柱状大晶粒，柱状晶粒相互平行且成为与钨丝轴线一致的束状。
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