CN110229986B

CN110229986B - 一种用于电极的稀土钨钼合金及其制备方法

Info

Publication number: CN110229986B
Application number: CN201910354611.9A
Authority: CN
Inventors: 姜雷; 王永革
Original assignee: Sunrain Tungsten Industry Co ltd
Current assignee: Sunrain Tungsten Industry Co ltd
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2039-04-29
Also published as: CN110229986A

Abstract

本发明首次提供一种用于电极的稀土钨钼合金，按重量百分比，所述合金中钨、钼、稀土的组成包含：26‑94％的钨，5‑73.7％的钼，0.3‑4％的稀土。由该合金制作得到的常用直径为

Description

一种用于电极的稀土钨钼合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金研究领域。更具体地，涉及一种用于电极的稀土钨钼合金及其制备方法。

背景技术

随着现代科技的不断发展，焊接技术、切割材料、热喷涂的品种、规格及形状日趋繁多，在现代钨极惰性气体保护焊和等离子等领域内兴起自动焊、等离子喷焊、等离子切割和高精度焊接等一系列新技术、新工艺，热喷涂的工艺的精准化等对电极材料的可靠性和稳定性提出了更高的要求。其中钨及钨合金电极是使用广泛的电极之一。但是钨作为贵金属价格较高，且我国企业在向欧盟出口钨含量高于94％的电极过程中，需要交纳高额的反倾销税，大大的增加了成本。

钨和钼统称难熔金属，钨钼合金改善了钨韧性差这一缺点，但是由于钼的导电性能差，室温下，钼电阻率高达5.6Ω·mm²/m，远高于钨的0.053Ω·mm²/m，使钨钼合金的导电性能较差，电子逸出功较高，起弧电压较高；其次，由于钨钼合金的熔点不一致，合金由于烧结不充分而具有脆性，且加工性能较差；此外，钨钼合金中晶界结合力弱，再结晶温度低，耐高温性能较纯金属钨差，因此，其在作为电极的使用中受到了限制。

因此，需要提供一种具有良好导电性能、起弧电压较低，且具有良好的耐高温性能和加工性能的成本低廉的用电极的钨钼合金。

发明内容

本发明第一个目的在于提供一种用于电极的稀土钨钼合金，其电阻率小于0.080Ω·mm²/m，常用的直径为

规格的电极的最小起弧电流不大于8A，最大耐受电流不小于200A。

本发明第二个目的在于提供上述稀土钨钼合金的制备方法，采用粉冶方法制备合金材料。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

第一方面本发明提供一种稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含：26-94％的钨，5-73.7％的钼，0.3-4％的稀土。

合金中各金属元素的种类和含量对其性能有重要的影响。现有技术中钨钼合金改善了钨韧性差这一缺点，但是同时具有导电性差、电子逸出功较高、脆性大、加工性能差以及耐高温性能差等缺点，作为电极使用过程中收到了限制。

在本发明提供的技术方案中，在钨钼合金中加入了稀土元素。稀土元素可细化合金中的晶粒并加强晶界结合力，改进钨钼合金由于烧结不充分而具有脆性这一缺点，提高钨钼合金的加工性能；此外，稀土元素在提高合金放电性能和导电性能的同时，还加强了合金中晶界的结合力，进而提高合金的抗高温性能；而且稀土元素可使钨钼合金的导电率靠近钨的导电率，进而使合金具有良好的导电性和放点性，具有较低的起弧电压。

本发明中，所述稀土包括但不限于镧、铈、钇、锆，稀土可由含有稀土元素氧化物提供。

进一步的，根据本发明的某些具体实施方案，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含：26-55％的钨，44.7-73.7％的钼，0.3-2.2％的稀土。具有该组成的稀土钨钼合金用于制备得到常用的直径为

的电极，电阻率小于0.080Ω·mm²/m，最小起弧电流不大于8A，最大耐受电流不小于210A，且较纯钨电极，成本下降超过20％-40％。

例如，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含但不限于：26-35％的钨，64.7-73.7％的钼，0.3-2.2％的稀土。

例如，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含但不限于：35-45％的钨，54.6-64％的钼，0.4-2.2％的稀土。

例如，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含但不限于：45-55％的钨，44.5-54％的钼，0.5-2.2％的稀土。

上述稀土钨钼合金，在成本大大降低的情况下，仍然可以保证作为电极使用的最基本要求，通常这类电极适合用于自动、智能焊接加工等领域。

进一步的，根据本发明的某些具体实施方案，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含：55-75％的钨，24.4-44.4％的钼，0.6-3.0％的稀土。具有该组成的稀土钨钼合金用于制备得到直径为

的电极，电阻率小于0.070Ω·mm²/m，其最小起弧电流不大于7A，最大耐受电流不小于240A，且较纯钨电极，成本下降约10％-20％。

例如，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含但不限于：55-65％的钨，34.5-44％的钼，0.6-2.5％的稀土。

例如，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含但不限于：65-75％的钨，24.4-34％的钼，0.6-3％的稀土。

上述稀土钨钼合金，相对成本降低幅度不大，但是其电极性有保障，适用于手工焊、特殊行业等领域。

进一步的，根据本发明的某些具体实施方案，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含：75-94％的钨，5.5-24.5％的钼，0.5-4％的稀土。具有该组成的稀土钨钼合金用于制备得到常用的直径为

的电极，电阻率不大于0.060Ω·mm²/m，其最小起弧电流不大于7A，最大耐受电流不小于250A，且较纯钨电极，成本下降在7％左右。

例如，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含但不限于：75-85％的钨，14.4-24.5％的钼，0.6-3％的稀土。

例如，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含但不限于：85-94％的钨，5-11％的钼，0.5-4％的稀土。

例如，所述稀土钨钼合金，按重量百分比计，其组成包含但不限于：90-94％的钨，5-6％的钼，0.5-4％的稀土。

上述稀土钨钼合金的制作成本降低的幅度虽然有限，但是因其钨含量小于94％，且性能优异，因此，由本发明提供的稀土钨钼合金制作得到的电极在向欧盟出口过程中，不需要缴纳高额的反倾销税，大大的节约了成本。

根据本发明的具体实施方式，由本发明提供的稀土钨钼合金制备得到的电极具有电阻率低、最小起弧电流小和最大耐受电流高的优点。以常用的直径为

的电极为例，由本发明提供的所述组成得到的稀土钨钼合金制作的直径为

的电极，其电阻率均不大于0.080Ω·mm²/m，具有良好的导电性能；电极的最小起弧电流皆不大于8A，起弧电流小，会增加起弧的稳定性，提高焊缝的外观质量；电极的最大耐受电流皆不小于200A，可以提高焊深，有利于提高焊接的强度。此外，由于钼的密度较小，为10.2g/cm³，仅为钨密度19.35g/cm³的一半，因此相同规格的电极，本发明提供的稀土钨钼电极的重量更轻，成本更低，且韧性、抗拉伸强度、抗下垂性等机械性能得到提高。此外，由于本发明提供的稀土钨钼合金制作得到的电极在向欧盟出口过程中，不需要缴纳高额的反倾销税，大大的节约了成本。

本发明第二个方面提供上述稀土钨钼合金的制备方法，包括如下步骤：

1)混粉：按配方比例将稀土氧化物、钨粉、钼粉装入混料机中，混匀0.5-1.5h，得合成粉；

2)装粉：将合成粉装入胶套，用振动平台振动至均匀密实，加塞密封；

3)成型：将密封后的胶套放入冷等静压机中，加压、卸载、脱模，得到压坯；

4)预烧结：将压坯放入预烧炉，升温至1050-1150℃，保温20-30min，冷却至室温，得预烧坯；

5)烧结：将预烧坯放入中频感应炉，升温至2200±50℃，保温1-4h，得烧结坯；

6)压力加工：将烧结坯锻打开坯，然后进行退火、拉制处理。

根据本发明的具体实施方式，混料机选用“V”型混料机有利于提高合成粉中各组分的混匀程度，有利于提高合金各部分性能的均匀性；所述成型过程可以在冷等静压机中进行，在具体操作过程中，可将密封后的胶套放置于胶套架上，然后将胶套架放置于冷等静压机缸桶内，然后进行加压、保压、卸压，完成冷静压制后，取出料架，卸摸可得到压坯；所述预烧炉可选用带有自动走料机的预烧炉，预烧过程既消除了粉末压制的应力又激活了合成粉的活化能，制得的预烧坯具有一定的强度；经烧结过程可制得理论密度百分之九十的烧结坯；压力加工过程则可以根据不同的需求而制成不同的型件，退火过程则会使合金中晶粒实现再结晶。

优选地，步骤1)中合成粉中稀土氧化物的粒径为150-220目筛，钨粉的费氏粒度为1.2-3.0μm，钼粉的费氏粒度为1.8-4.5μm。

优选地，步骤3)中，所述加压过程包括上压、保压和卸压过程；优选地，所述上压过程为在5-6min内使压力由0MPa增加至145-165MPa；145-165MPa下的保压过程持续时间为1-5min，卸压过程持续时间为3-5min。

优选地，步骤4)中，预烧结过程的升温速率为66-82℃/min，升温过程持续14-16min。

优选地，步骤5)中，烧结过程的升温速率为175-205℃/h，升温过程持续11-12h。

优选地，步骤6)中，所述退火过程包括感应退火方式。

优选地，所述感应退火方式是在1450-1550℃下处理4-6min。

根据本发明的具体实施方式，退火过程的选择与最后要制备得到的型件相关。将烧结坯经锻打开坯加工至直径

然后在1450-1550℃下感应退火4-6min，锻打可得到直径

钨钼杆。

本发明的有益效果如下：

本发明首次提出一种用于电极的稀土钨钼合金，该合金整体性的在机械性能、耐高温性能、放电性能和导电性能方面都具有良好的表现，电阻率皆不大于0.080Ω·mm²/m，常用的直径为

的电极起弧电流不大于8A，最大耐受电流不小于200A。该合金制备得到的电极比同样的钨电极的重量更小，且制造成本最高可下降40％；此外，由本发明提供的稀土钨钼合金制作得到的电极，在出口欧盟过程中，无需缴纳高额的反倾销税，有利于节约成本。

该合金的制备过程可保障合金成分分布均匀、各组分含量稳定，提高了产品的成品率，具有规模及商业化生产前景。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

稀土钨钼合金的制备包括如下步骤：

1)混粉：按照重量比钨64％、钼33.5％以及稀土2.5％，将32kg的钨粉、16.75kg钼粉、0.88kg的氧化镧、0.32kg的氧化钇和0.34kg的氧化锆装入“V”型混料机中，混匀0.5h，得合成粉；

2)装粉：取920克合成粉装入振动平台上的胶套，振动0.5h，振动至均匀密实，加塞密封；

3)成型：对密封后的胶套放置于胶套架上，然后将胶套架放入冷等静压机缸桶中，5-6min内使压力由0MPa增加至145-165MPa，在145-165MPa下的保压过程持续时间为1-5min，然后在3-5min内完成卸压，完成冷静压制后，取出料架，卸模可得到压坯；

4)预烧结：将压坯放入带有自动走料机的预烧炉，以66-82℃/min升温速率，升温至1050-1150℃，保温20-30min，然后在通有氢气保护的冷却水套内自然冷却至室温，得预烧坯；

5)烧结：将预烧坯放入中频感应炉，以175-205℃/h的速率，升温至2150-2250℃，保温1-4h，得烧结坯；

6)压力加工：

a.将烧结坯锻打开坯，加工至Φ8.5mm钨棒，然后在1450-1550℃下感应退火4-6min，锻打至

钨钼杆；

b.将

的钨钼杆经3道拉制，再经矫直无心磨床加工取直径

长175mm的钨钼杆，可制备得到惰性气体保护焊接用电极，该电极的电阻率为0.070Ω·mm²/m，最小起弧电流为7.0A，最大耐受电流248A。

实施例2

稀土钨钼合金的制备包括如下步骤：

1)混粉：按照重量比钨30％、钼68.5％以及稀土1.5％，将15kg钨粉、34.25kg钼粉、0.92kg氧化铈装入“V”型混料机中，混匀0.5h，得合成粉；

2)装粉：取1000克合成粉装入振动平台上的胶套，振动0.5h，振动至均匀密实，加塞密封；

3)成型：对密封后的胶套放置于胶套架上，然后将胶套架放入冷等静压机缸桶中，5min内使压力由0MPa增加至155MPa，在155MPa下的保压过程持续时间为3min，然后在4min内完成卸压，完成冷静压制后，取出料架，卸模可得到压坯；

4)预烧结：将压坯放入带有自动走料机的预烧炉，以66-82℃/min的速率，升温至1100℃，保温20min，然后在通有氢气保护的冷却水套内自然冷却至室温，得预烧坯；

5)烧结：将预烧坯放入中频感应炉，以200℃/h的速率升温至2175℃，保温2.5h，得烧结坯；

6)压力加工：

a.将烧结坯锻打开坯，加工至直径

钨棒，然后在1450-1550℃下感应退火6min，锻打至直径

钨钼杆；

b.将直径

的钨钼杆经3道拉制，再经矫直无心磨床加工取直径

长175mm的钨钼杆，可制备得到惰性气体保护焊接用电极；该电极的电阻率0.076Ω·mm²/m，最小起弧电流为7.7A，最大耐受电流208A。

实施例3

稀土钨钼合金的制备包括如下步骤：

1)混粉：按照重量比钨90％、钼8％以及稀土2％，将45kg钨粉、4kg钼粉、1.23kg氧化铈装入“V”型混料机中，混匀0.5h，得合成粉；

2)装粉：取1350克合成粉装入振动平台上的胶套，振动0.5h，振动至均匀密实，加塞密封；

3)成型：对密封后的胶套放置于胶套架上，然后将胶套架放入冷等静压机缸桶中，5min内使压力由0MPa增加至160MPa，在160MPa下的保压过程持续时间为3min，然后在4min内完成卸压，完成冷静压制后，取出料架，卸模可得到压坯；

4)预烧结：将压坯放入带有自动走料机的预烧炉，以66-82℃/min升温速率，升温至1100℃，保温20min，然后在通有氢气保护的冷却水套内自然冷却至室温，得预烧坯；

5)烧结：将预烧坯放入中频感应炉，以200℃/h的速率，升温至2120℃，保温2.0h，得烧结坯；

6)压力加工：

a.将烧结坯锻打开坯，加工至直径Φ8.5mm钨棒，然后在1450-1550℃下感应退火6min，锻打至直径Φ3.5mm钨钼杆；

b.将直径

的钨钼杆经3道拉制，再经矫直无心磨床加工取直径

长175mm的钨钼杆，可制备得到惰性气体保护焊接用电极；该电极的电阻率0.056Ω·mm²/m，最小起弧电流为4.8A，最大耐受电流262A。

由实施例1-3的结果，可以发现本发明提供的稀土钨钼合金用作电极时，电阻率皆小于0.080Ω·mm²/m，且直径

合金杆起弧电流皆不大于8A，最大耐受电流皆不小于200A。此外，在本发明提供的稀土钨钼合金中，不论是钨的含量高还是钼的含量高，皆具有良好的机械性能，单轴拉伸强度可达2200MPa，屈服应力可达2450MPa，维氏硬度也基本高于2000Mpa。

实施例4-11

在实施例4-11中，其合金的制备过程与实施例1中的条件完全相同，只是改变了其组分的比例，具体如下表1所示。

表1实施例4-11中稀土钨钼合金的组成以及导电性能参数

从表1可知，本发明提供的稀土钨钼合金作为电极使用，电阻率皆不大于0.080Ω·mm²/m，且直径

合金杆最小起弧电流皆不大于8A，且最大耐受电流皆不小于200A，这说明本发明提供的用于电极的合金制作得到的电极具有良好的导电性能；较小的起弧电流，可增加起弧的稳定性，提高焊缝的外观质量；较大的耐受电流可以提高焊深，有利于提高焊接的强度。

对比例1-3

在对比例1-3中，其合金的制备过程与实施例1中的条件完全相同，只是改变了其组分的比例，具体如下表2所示：

表2对比例1-3中稀土钨钼合金的组成以及导电性能参数

对比例1-3中，其起弧电流均大于10A，且最大耐受电流皆不大于155A。

通过上述表1和表2的对比，可以发现在同样的规格和试验条件下，纯钼杆电阻率大，起弧电流高，焊接时引弧困难，并且最大耐受电流小，造成钨极尖端烧损程度极快，不能满足连续焊接的使用要求；在钼中掺入钨，得钨钼合金后，其电阻率和起弧电流有所减小，最大耐受电流有多提高，但是相对来说，其起弧电流还是很大，会造成电弧不稳，焊接时熔池波动大，直接影响焊接质量；在钨钼合金中加入稀土，但是如钨的含量过低，其起弧电流仍然为11A，最大耐受电流的增大十分有限，远小于本发明中的200A，因此其不适宜作为电极。因此，只有钨、钼、稀土三种元素按照本发明提供的比例混合，才能达到即能满足焊接时对最小起弧电流和最大耐受电流的要求，又能适当降低生产成本，取得较好的经济效益和社会效益。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种用于电极的稀土钨钼合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：26-94％的钨，5-73.7％的钼，0.3-4％的稀土；

且通过如下步骤制备：

6)压力加工：将烧结坯锻打开坯，然后进行退火、拉制处理；

步骤1)中，合成粉中稀土氧化物的粒径为150-220目筛，钨粉的费氏粒度为1.2-3.0μm，钼粉的费氏粒度为1.8-4.5μm；

步骤3)中，所述加压过程包括上压、保压和卸压过程；其中所述上压过程为在5-6min内使压力由0MPa增加至145-165MPa；145-165MPa下的保压过程持续时间为1-5min，卸压过程持续时间为3-5min。

2.根据权利要求1所述的用于电极的稀土钨钼合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：75-94％的钨，5.5-24.5％的钼，0.5-4％的稀土。

3.根据权利要求1所述的用于电极的稀土钨钼合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：26-55％的钨，44.7-73.7％的钼，0.3-2.2％的稀土。

4.根据权利要求1所述的用于电极的稀土钨钼合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：55-75％的钨，24.4-44.4％的钼，0.6-2.5％的稀土。

5.一种如权利要求1-4任一项所述用于电极的稀土钨钼合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)中合成粉中稀土氧化物的粒径为150-220目筛，钨粉的费氏粒度为1.2-3.0μm，钼粉的费氏粒度为1.8-4.5μm；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，预烧结过程的升温速率为66-82℃/min，升温过程持续14-16min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，烧结过程的升温速率为175-205℃/h，升温过程持续11-12h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述退火过程包括感应退火方式。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述感应退火方式是在1450-1550℃下处理4-6min。