CN1041556A

CN1041556A - 稀土钨电极材料及其生产方法

Info

Publication number: CN1041556A
Application number: CN 88109061
Authority: CN
Inventors: 李殿臣; 富冬梅
Original assignee: BAOTOU RARE EARTH RESEARCH INST MINISTRY OF METALLURGICAL INDUSTRY
Current assignee: BAOTOU RARE EARTH RESEARCH INST MINISTRY OF METALLURGICAL INDUSTRY; Baotou Rare Earth Research Institute
Priority date: 1988-10-04
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1990-04-25
Also published as: CN1013379B

Abstract

稀土钨电极材料，在WO中添加一种以上0.3～3％的Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃Gd₂O₃等单一稀土氧化物和0.2％以上的K或Na等碱金属化合物，或者再添加0.2％以上的Ba、Sr、Ca、Mg等碱土金属化合物。采用两次氢还原工艺制成钨粉，经压型、900～1200℃预烧结，熔断电流的70～92％温度下垂熔烧结、旋锻加工成各种规格的圆棒。材料反复引弧性能、稳弧性能良好，使用寿命高于钨铈电极。

Description

本发明是一种用于气体放电灯、气体保护焊、等离子弧焊、切割、喷涂、熔炼等方面的电极材料。

目前，作为气体放电灯的阴极或用于气体保护焊等方面的电极，大都采用钨钍材料，有的采用钨铈材料。

钨钍材料有强放射性，它不仅危害操作者的健康，而且污染环境。钨铈材料，虽然没有放射性的危害，但作为交流氩弧焊电极，以及大功率气体放电灯的阴极与钨钍相比仍存在忽高忽低的不稳定情况。

日本近几年研制了钨钇电极材料，组份中含0.3～3% Y₂O₃，余量为钨。其生产工艺是把硝酸钇溶液添加到钨粉中，然后在氢保护下于300～500℃使添加剂分解，再于900～1100℃温度下用氢还原（公开特许公报（A）昭62-146236）。该工艺比通常的钨粉还原工艺增加了氢保护下分解和高温再还原工序，使其生产成本增加。

本发明的目的在于提出一种没有放射性污染、反复引弧性能好、使用寿命长，且成本低的电极材料，并提出一种新的生产工艺。

本发明研制的电极材料，其组份中至少包括一种以上0.3～3%的Y₂O₃，La₂O₃，Nd₂O₃，Gd₂O₃等单一稀土氧化物和0.2%以上的K或Na等碱金属化合物，余量为钨。

本发明研制的电极材料，其另一种组份是：至少包括一种以上0.3～3%的Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃、Gd₂O₃等单一稀土氧化物和0.2%以上K或Na等碱金属化合物，以及包括一种或两种0.2%以上的Ba，Sr，Ca，Mg等碱土金属化合物，余量为钨。

钨中添加稀土氧化物是为了代替钍，提高钨的电子发射（或放电）能力。添加一定量的K₂SiO₃、Na₂SiO₃可进一步降低电子逸出功，同时改善钨的加工性能;添加碱土金属可提高电极材料的放电性能和使用寿命。

本发明的生产方法，包括下列步骤：

a.把单一稀土氧化物制备成硝酸盐溶液与硅酸钾溶液混合（另一种组份是：把单一稀土氧化物制备成硝酸盐溶液与硅酸钾、硝酸钡溶液混合）添加到WO₃中，调成浆状，加热蒸干或者把溶液喷洒到WO₃中。然后在250～850℃加热使加入WO₃中的盐分解成氧化物。

b.把WO₃在530～650℃用氢还原成WO₂，再于680～900℃把WO₂还原成W粉。

c.钨粉经压条，900～1200℃予烧结、熔断电流的70～92%的温度下垂熔烧结，旋锻成各种规格的圆棒。

用以上工艺生产的电极材料，引弧性能好、电弧稳定、使用寿命长。

实施例1

钨钇电极材料，组份：2%Y₂O₃，0.4%K₂SiO₃，余量为钨。将Y₂O₃制备成硝酸钇溶液，与硅酸钾溶液混合，添加到WO₃粉中，经充分搅拌，加热蒸干，在350℃温度下裂解5小时，冷却后过80目筛。把经以上处理的WO₃先于530～650℃温度下用氢还原成WO₂，再于680～900℃用氢把WO₂还原成钨粉。

将所得钨粉压制成重700克，体积为12.5×12.5×430（毫米）的方条，经1200℃予烧结40分钟，在熔断电流的90%的温度下垂熔烧结40分钟。将钨条加热到1500～1550℃保温20分钟，旋锻成各种规格的圆棒。

钨钇电极氩弧焊、等离子焊性能：

对比电极材料为含1.8%CeO₂的钨铈电极材料（上海灯泡厂生产）规格：钨钇、钨铈均为φ4.0毫米的磨光棒。

引弧试验

电极材料	直流正极性10安引弧50次未引燃次数	交流方波30安高频引弧20次未引燃次数
			WY	1	4
WCe	4	2

稳弧试验

电极材料	※灭弧次数	最小断弧电流（安）	最大断弧长度
					直流正极性50安（毫米）	交流方波100安（毫米）
			WY	0			3	66	50
WCe	0	3			61	54

※灭弧次数试验是用交流方波50安高频引弧状态，在铝板上燃弧一分钟行走250毫米，统计灭弧次数。

寿命试验

电极材料	①交流方波200安氩弧焊15分钟失重（克）	②直流正极性200安等离子焊20分钟失重（克）	③直流正极性200安石墨电极燃弧20分失重（克）
				WY	0.0790	0.009	0.001
WCe	0.1592	0.012	0.022

注：寿命试验具体方案：

①方波交流200安，母材铝板，氩弧焊，点弧1次燃弧5分钟，共点弧3次燃弧15分钟，测失重。

②直流正极性200安等离子焊，共点弧4次燃弧20分钟，水冷铜块作阳极测失重。

③直流正极性200安，石墨阳极，电极磨成30°夹角带φ1毫米平台引弧一次燃弧20分钟，测失重。

实施例2

钨钇钡电极：组分含1.5% Y₂O₃、0.4% K₂SiO₃、0.5% BaO，余量为钨。把BaO换算成Ba（NO₃）₂的量，溶于纯水中。生产工艺与实施例1相同。

钨钇钡电极氩弧焊、等离子焊性能：

对比电极材料为含1.8% CeO₂的钨铈电极（上海灯泡厂生产）规格钨钇，钨铈均为φ4.0毫米的磨光棒。

引弧试验

电极材料	直流正极性10安引弧50次未引燃次数	交流方波30安高频引弧20次未引燃次数
			WYBa	4	0
WCe	4	2

稳弧试验

电极材料	※灭弧次数	最小断弧电流（安）	最大断弧长度
					直流正极性50安	交流方波100安
			毫米	毫米
					WYBa	0	4	62	53
WCe	0	3	61	54

＊灭弧次数试验方案与实施例1所述相同

寿命试验

电极材料	交流方波200安氩弧焊15分钟失重（克）	直流正极性200安等离子焊20分钟失重（克）	直流正极性200安石墨电极燃弧20分失重（克）
				WYBa	0.0314	0.006	0.001
WCe	0.1592	0.012	0.022

注：寿命试验方案与实施例1所述相同

Claims

1、一种稀土钨电极材料，其特征在于所述的电极材料其组份中至少包括一种以上0.3～3%的Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃、Gd₂O₃等单一稀土氧化物和0.2%以上的K或Na等碱金属化合物，余量为钨。

2、一种稀土钨电极材料，其特征在于所述的电极材料其组份中至少包括一种以上0.3～3%的Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃、Gd₂O₃等单一稀土氧化物和0.2%以上的K或Na等碱金属化合物，以及包括一种或两种0.2%以上的Ba、Sr、Ca、Mg等碱土金属化合物，余量为钨。

3、一种稀土钨电极材料的生产方法，其特征在于包括下列步骤：

a.把单一稀土氧化物制备成硝酸盐溶液，与硅酸钾溶液混合（另一种组份是：把单一稀土氧化物制备成硝酸盐溶液，与硅酸钾，硝酸钡溶液混合）添加到WO₃中，调成浆状加热蒸干或者把溶液喷洒到WO₃中，在250～850℃加热使加入WO₃中的盐分解成氧化物。

b.把WO₃在530～650℃用氢还原成WO₂，再于680～900℃把WO₂还原成W粉;

c.钨粉经压条，900～1200℃予烧结，熔断电流的70～92%的温度下垂熔烧结，旋锻成各种规格的圆棒。

4、按照权利要求1所述的稀土钨电极材料，其特征在于材料的组份包括2%Y₂O₃，0.4%K₂SiO₃，余量为钨。

5、按照权利要求2所述的稀土钨电极材料，其特征在于材料的组份包括1.5%Y₂O₃，0.4%K₂SiO₃，0.5%BaO，余量为钨。