CN1204696A - 一种稀土钨电极材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稀土钨电极材料,材料中含有La₂O₃、Y₂O₃和CeO₂三种稀土氧化物中的任何两种,每种稀土氧化物含量0.45～1.75%(重量),稀土氧化物的总含量2～2.2%(重量)。经过还原、压型、预烧结、垂熔烧结和旋锻加工等工序制成各种规格的电极。该电极引弧性能好,使用寿命高于钍钨和铈钨电极,可用作惰性气体保护焊和等离子焊接、切割、喷涂、熔炼以及特殊电光源中。

Description

一种稀土钨电极材料

本发明涉及一种稀土钨电极材料，该电极可用作惰性气体保护焊和等离子焊接、切割、喷涂、熔炼以及特殊电光源中。

钨电极是惰性气体保护焊和等离子焊接、切割、喷涂、熔炼以及特殊电光源中的关键材料，目前使用较多的是钍钨电极(含ThO₂)和铈钨电极(含CeO₂)。钍钨电极在其生产和使用过程中都将给环境和人体健康带来放射性危害；铈钨电极仅在小规格焊接用钨电极方面可取代钍钨电极。

目前，日本研制了一种分别含La₂O₃、Y₂O₃和CeO₂的单元稀土钨电极材料(JP62-93075，公开日：94年10月27日)。包头稀土研究院研制了一种添加有单元稀土氧化物(Y₂O₃、La₂O₃、Nd₂O₃、Gd₂O₃)和碱金属化合物的单元稀土钨电极材料(CN1041556A，公开日：90年4月25日)。

上述各种稀土钨电极材料都有各自的优点和缺点：铈钨电极(含CeO₂)的加工性能好，在小电流使用时具有较好的电弧稳定性，但其反复引弧性能差、容易断弧、电弧压力和许用电流小；镧钨电极(含La₂O₃)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；钇钨电极(含Y₂O₃)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，在小电流使用时电弧稳定性差。

本发明的目的在于提供一种无放射性污染且使用性能好的稀土钨电极材料。

本发明提供的稀土钨电极材料，其组分分别含有La₂O₃和Y₂O₃、La₂O₃和CeO₂、Y₂O₃和CeO₂两种稀土氧化物，其余为W，每种稀土氧化物含量为0．45～1．75％(重量)，稀土氧化物的总含量为2～2．2％(重量)。

钨中添加稀土氧化物是为了替代有放射性的钍，同时提高电极的电子发射能力。添加两种稀土氧化物是为了使电极材料具有比铈钨电极(含CeO₂)、镧钨电极(含La₂O₃)、钇钨电极(含Y₂O₃)和钍钨电极(含ThO₂)更优越的使用性能的同时，也具有良好的加工性能。

本发明采用以下制备方法：(1)将稀土硝酸盐配制成溶液，掺入到WO₃粉末中，干燥后经500～540℃和640～920℃温度下的两次氢气还原，制得钨粉。(2)钨粉经压型、1200±50℃预烧结，在90％熔断电流下垂熔烧结，后经旋锻和链拉加工成各种规格的电极。

下面对附图进行图面说明：

图1：电极静特性曲线图。

实施例：1．按钨粉重量的1．1％La₂O₃、1．1％Y₂O₃称取硝酸镧、硝酸钇(根据氧化物重量换算硝酸盐量)配制成混合溶液，掺入到WO₃粉末中，充分搅拌蒸干和干燥后，先后经500～540℃和640～920℃温度下的两次氢气还原，制得钨粉。将钨粉压制成重650克，体积为12×12×400mm³的方条，经1200±50℃预烧结40分钟后，再经垂熔烧结。烧结坯条经旋锻和链／拉制成φ6．5mm、φ3．2mm、φ2．4mm、φ2．0mm、φ1．6mm、φ1．0mm几种规格的电极。2．按钨粉重量的1．75％La₂O₃、0．45％CeO₂称取硝酸镧硝酸铈(根据氧化物重量换算硝酸盐量)配制成混合溶液，掺入到WO₃粉末中，充分搅拌蒸干和干燥后，先后经500～540℃和640～920℃温度下的两次氢气还原，制得钨粉。将钨粉压制成重650克，体积为12×12×400mm³的方条，经1200±50℃预烧结40分钟后，再经垂熔烧结。烧结坯条经旋锻和链拉制成φ6．5mm、φ3．2mm、φ2．4mm、φ2．0mm、φ1．6mm、φ1．0mm几种规格的电极。3．按钨粉重量的1．75％Y₂O₃、0．45％CeO₂称取硝酸钇、硝酸铈(根据氧化物重量换算硝酸盐量)配制成混合溶液，掺入到WO₃粉末中，充分搅拌蒸干和干燥后，先后经500～540℃和640～920℃温度下的两次氢气还原，制得钨粉。将钨粉压制成重650克，体积为12×12×400mm³的方条，经1200±50℃预烧结40分钟后，再经垂熔烧结。烧结坯条经旋锻和链拉制成φ6．5mm、φ3．2mm、φ2．4mm、φ2．0mm、φ1．6mm、φ1．0mm几种规格的电极。

下面对电极使用性能进行测试。测试结果与目前国内外工业生产中广泛应用的铈钨电极和钍钨电极进行对比。

电极编号1：含1．1％(重量)La₂O₃，1．1％(重量)Y₂O₃，其余为W。

电极编号2：含1．75％(重量)La₂O₃，0．45％(重量)CeO₂，其余为W。

电极编号3：含1．75％(重量)Y₂O₃，0．45％(重量)CeO₂，其余为W。

电极编号4：含2．2％(重量)CeO₂的铈钨电极(北京钨钼材料厂产)，该电极为对比电极。

电极编号5：含2．0％(重量)ThO₂的钍钨电极(美国华昌公司产)，该电极为对比电极。

1～5号电极均选用φ2．4mm磨光电极，电极尖部锥角为45°，所有实验均采用直流正接(钨极接负极)、高频引弧，电源设备采用ZS500型硅整流焊机、GNP-300型焊机控制箱和100KVA行调压器。1．引弧试验：阳极为水冷黄铜。经初步引弧，确定从电压28V开始进行引弧试验，按1V电压间隔升高空载电压，每个电压下进行引弧试验30次，每次打高频1秒内起弧为引弧成功，1～10秒内起弧为引弧滞后，超过10秒则为引弧失败。表1为本实验条件下得到的各电极临界起弧电压值。

表1引弧试验结果

电极编号	临界起弧电压(V)
1	34
2	32
3	29
4	35
5	36

钨电极在引弧时和刚起弧后，电极表面还没有能够被加热到足够高的温度，因此它还不能作为热阴极而工作。高频引弧就是通过高频电压的作用使电极与母材之间产生火花放电，引起空间电离，使回路电流逐渐增大至电弧放电范围。在这个过程中，电极受到正负离子的碰撞，获得能量，电极表面温度升高。由此可见，电极表面的功函数对电极引弧性能的好坏起着决定性的作用，如果电极表面功函数越低，电极产生热电子发射所需的温度就越低，回路电流过渡到电弧放电所需时间也就越少，即引弧越容易成功。

从表1中可以看出：1号、2号和3号组的稀土钨电极的引弧性能均比4号的铈钨电极和5号的钍钨电极好，其中3号电极的引弧性能最好。2．寿命试验：直流正接(钨极接负极)，电流240A，燃弧时间20min。用DP-100光学分析天平测量实验前后电极质量的变化，试验结果如表2所示。

从表2可以看出，本发明研制的1、2、3号稀土钨电极燃弧前后质量减少最小，其抗烧损性能优于4号稀土铈钨电极。

表2寿命试验结果

电极编号	燃弧前质量(g)	燃弧后质量(g)	质量减少(mg)
	1	7.0405	7.0370	3.5
2	6.7543	6.7511	3.2
3	7.2746	7.2715	3.1
4	7.1928	7.1886	4.2
5	7.2377	7.2332	4.5

3．电弧静特性试验：阳极为水冷铜，氩气流量8L／min，焊机空载电压为70V，弧长3mm，电极伸出导气嘴长度6mm。燃弧后。迅速将回路电流调至40A，分别在电流为20A、30A、40A、50A、60A、80A、100A和140A时，待电弧稳定燃烧，测出所对应的稳态电压值，作出伏安特性曲线，即静特性曲线，试验数据如表3所示。

表3静特性曲线试验数据

从图1可以看出，在相同的工作电流下，1、2、3号稀土钨电极的开路电压明显低于5号钍钨电极，表明稀土钨电极的热电子发射性能优于钍钨电极，电弧稳定性好。

以上的试验结果表明：本发明研制的稀土钨电极的性能均优于目前已得到应用的稀土铈钨电极和钍钨电极，它们的性能又各有特点。1号电极使用性能(包括引弧、稳弧和抗烧损性能等)稍好，适用于小电流时的交流焊接和中小电流(相对于一定规格电极的容许电流)的直流焊接使用；2号电极小电流时电弧稳定，电弧压缩性好，电弧压力大，适用于小电流焊接时使用；3号电极的引弧电压最低，电弧稳定性好，电弧压力大，电弧热功率大，尤其在大电流时更为突出，电极抗烧损性能最佳，适用于交流焊接和中大电流范围内的直流焊接。

Claims (1)

1．一种稀土钨电极材料，其特征在于：其组分含有La₂O₃、Y₂O₃和CeO₂三种稀土氧化物中的任何两种，其余为W，以重量百分比计，每种稀土氧化物含量为0．45～1．75％，稀土氧化物的总含量为2～2．2％。

Images