DE202013004704U1 - Tungsten alloy and electrode comprising a tungsten alloy - Google Patents
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Abstract
Wolframlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,05 bis 4,0 Gew.-% Terbiumoxid enthält.Tungsten alloy, characterized in that it contains 0.05 to 4.0 wt .-% terbium oxide.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wolframlegierung, insbesondere zur Herstellung von Wolframelektroden.The present invention relates to a tungsten alloy, in particular for the production of tungsten electrodes.
Wolframelektroden werden in der Industrie in zahlreichen Anwendungen benötigt, beispielsweise für eine Vielzahl von thermischen Spritzverfahren zur Oberflächenbehandlung bzw. -beschichtung wie z. B. Plasmaspritzen, Schweiß- und Schneidverfahren wie z. B. Schutzgasschweißen, insbesondere Wolfram-Inertgasschweißen (WIG), und z. B. als Lampenkomponenten wie z. B. Elektroden in Hochdruck-Gasentladungslampen (HID-Lampen).Tungsten electrodes are needed in the industry in numerous applications, such as for a variety of thermal spraying processes for surface treatment or coating such. As plasma spraying, welding and cutting processes such. As inert gas welding, in particular tungsten inert gas welding (TIG), and z. B. as lamp components such. B. electrodes in high-pressure gas discharge lamps (HID lamps).
Zur Verbesserung der Emissionseigenschaften und daraus resultierend besseren Zündeigenschaften, größerer Lichtbogenstabilität und höherer Strombelastbarkeit bzw. höherer Lebensdauer werden derartige Elektroden seit längerem üblicherweise nicht aus reinem Wolfram (W) sondern aus Wolfram mit einem geringfügigen Zusatz von Ceroxid (CeO2), Lanthanoxid (La2O3), Thoriumoxid (ThO2) oder Zirkoniumoxid (ZrO2) gefertigt, vgl. z. B. die
Für die vorstehend genannten Schweiß- bzw. Beschichtungsverfahren sowie als Lampenkomponenten weitverbreitet sind gegenwärtig gesinterte Wolframelektroden mit einem Zusatz von Thoriumoxid (ThO2), z. B. mit einem Anteil von 2,0 Gew.-% (Klassifizierungssymbol ”WTh 20”). Nachteiligerweise bedingt die Integration von Thorium im Material der Elektroden eine entsprechende radioaktive Belastung, so dass bereits Bestrebungen unternommen wurden, das Thoriumoxid in Wolframlegierungen durch einen anderen umweltfreundlicheren Zusatz zu ersetzen, ohne hierbei auf die besonderen Vorteile thorierter Wolframlegierungen im industriellen Einsatz (und bei der Herstellung) zur verzichten. Diese Bestrebungen lieferten, insbesondere beim Einsatz in thermischen Spritzverfahren, bislang jedoch kein zufriedenstellendes Resultat, d. h. die spezifischen Eigenschaften des thorierten Wolframs wurden durch die verfügbaren Alternativprodukte bislang nicht erreicht.Sintered tungsten electrodes with an addition of thorium oxide (ThO 2 ), z. B. are currently widespread for the above-mentioned welding or coating methods and as lamp components. B. with a proportion of 2.0 wt .-% (classification symbol "
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine insbesondere als Elektrodenmaterial geeignete neuartige Wolframlegierung anzugeben, die ohne nennenswerte Einbuße bei den Leistungseigenschaften einen Zusatz von ThO2 entbehrlich macht.It is therefore an object of the present invention to provide a suitable in particular as an electrode material novel tungsten alloy, which makes no addition of ThO 2 unnecessary without significant loss of performance characteristics.
Die erfindungsgemäße Wolframlegierung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,05 bis 4,0 Gew.-% Terbiumoxid enthält. Es hat sich herausgestellt, dass mit einem derartigen Anteil an Terbiumoxid, insbesondere Tb4O7, eine gute Herstellbarkeit bei gleichzeitig hervorragenden Leistungseigenschaften einer damit gefertigten Elektrode erzielt werden kann.The tungsten alloy according to the invention is characterized in that it contains 0.05 to 4.0 wt .-% terbium oxide. It has been found that with such a proportion of terbium oxide, in particular Tb 4 O 7 , a good manufacturability can be achieved with simultaneously excellent performance characteristics of an electrode produced therewith.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Anteil an Terbiumoxid in der Legierung im Bereich von 0,2 bis 2,0 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 1,5 Gew.-%.In a preferred embodiment, the proportion of terbium oxide in the alloy is in the range of 0.2 to 2.0 wt .-%, in particular 0.5 to 1.5 wt .-%.
Der hier verwendete Begriff ”Wolframlegierung” soll bedeuten, dass die Legierung einen Anteil an Wolfram von mindestens 90 Gew.-% enthält, bevorzugt sogar mindestens 95 Gew.-% oder mindestens 97 Gew.-%.The term "tungsten alloy" as used herein is intended to mean that the alloy contains at least 90% by weight of tungsten, preferably even at least 95% by weight or at least 97% by weight.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine gesinterte Wolframlegierung. Zur Herstellung einer solchen gesinterten Wolframlegierung bzw. einer wenigstens teilweise daraus bestehenden Elektrode kann vorteilhaft auf den allgemeinen Stand der Technik zur Fertigung gesinterter Wolframprodukte zurückgegriffen werden (vgl. z. B.
Gemäß eines derartigen bekannten Press- und Sinterverfahrens kann auch die erfindungsgemäße Wolframlegierung (bzw. Elektrode) hergestellt werden.According to such a known pressing and sintering method, the tungsten alloy (or electrode) according to the invention can also be produced.
In einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Wolframlegierung ferner 0,05 bis 2,0 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 0,7 Gew.-% eines Seltenerdoxids und/oder Zirkoniumoxid (insbesondere z. B. ZrO2). Es hat sich herausgestellt, dass mit einem derartigen Zusatz die Leistungseigenschaften bzw. die Lebensdauer einer daraus hergestellten Elektrode weiter verbessert werden können.In one development of the invention, the tungsten alloy further contains 0.05 to 2.0 wt .-%, in particular 0.3 to 0.7 wt .-% of a rare earth oxide and / or zirconium oxide (in particular, for example, ZrO 2 ). It has been found that with such an additive, the performance characteristics and the lifetime of an electrode made therefrom can be further improved.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Seltenerdoxid Lanthanoxid, insbesondere La2O3, Yttriumoxid, insbesondere Y2O3, oder Ceroxid, insbesondere Ce2O3, oder eine Kombination davon.In an advantageous embodiment, the rare earth oxide is lanthanum oxide, in particular La 2 O 3 , yttrium oxide, in particular Y 2 O 3 , or cerium oxide, in particular Ce 2 O 3 , or a combination thereof.
In einer besonders vorteilhaften speziellen Ausführungsform enthält die Wolframlegierung 0,9 bis 1,1 Gew.-% Tb4O7, 0,4 bis 0,6 Gew.-% La2O3, optional einen oder mehrere weitere Zusätze oder Verunreinigungen von allenfalls (maximal) 1 Gew.-%, und Rest Wolfram.In a particularly advantageous specific embodiment, the tungsten alloy contains 0.9 to 1.1 wt% Tb 4 O 7 , 0.4 to 0.6 wt% La 2 O 3 , optionally one or more further additives or impurities of at most (maximum) 1% by weight, and the remainder tungsten.
In einer anderen besonders vorteilhaften speziellen Ausführungsform enthält die Wolframlegierung 0,7 bis 0,9 Gew.-% Tb4O7, 0,4 bis 0,6 Gew.-% Y2O3, optional einen oder mehrere weitere Zusätze oder Verunreinigungen von allenfalls 1 Gew.-%, und Rest Wolfram.In another particularly advantageous specific embodiment, the Tungsten alloy 0.7 to 0.9 wt .-% Tb 4 O 7 , 0.4 to 0.6 wt .-% Y 2 O 3 , optionally one or more further additives or impurities of at most 1 wt .-%, and Remainder tungsten.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrode (z. B. als Kathode oder als Anode) umfassend eine Wolframlegierung der vorstehend beschriebenen Art vorgeschlagen, insbesondere eine Elektrode zur Verwendung bei einem Schweiß-, Trenn- oder Beschichtungsverfahren, beispielsweise zur Verwendung in einem der eingangs genannten Verfahren.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrode (eg, as a cathode or an anode) comprising a tungsten alloy of the type described above, in particular an electrode for use in a welding, separating or coating process, for example for use in a the aforementioned method.
Im einfachsten Fall besteht die erfindungsgemäße Elektrode insgesamt aus einer Wolframlegierung der hier vorgeschlagenen Art. Derartige Elektroden können z. B. in Form von zylindrischen Stäben als ”WIG-Elektroden” Verwendung finden und besitzen in diesem Fall bevorzugt einen in der
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Elektrode einen ersten Elektrodenabschnitt aus einer Wolframlegierung der hier beschriebenen Art und wenigstens einen weiteren Elektrodenabschnitt aus einem anderen Material, insbesondere einen zur Wärmeableitung und/oder zum elektrischen Anschluss der Elektrode vorgesehenen Elektrodenabschnitt, der aus einem anderen Material (z. B. Kupfer oder Kupferlegierung) gebildet ist. An einer solchen, aus verschiedenen Materialabschnitten zusammengesetzten Elektrode kann der erste Elektrodenabschnitt (Wolframlegierung) fest mit dem wenigstens einen weiteren Elektrodenabschnitt (z. B. elektrischer Anschlussabschnitt) verbunden sein.In another embodiment, the electrode comprises a first electrode section of a tungsten alloy of the type described here and at least one further electrode section made of a different material, in particular an electrode section provided for heat dissipation and / or electrical connection of the electrode, which is made of a different material (eg. As copper or copper alloy) is formed. At such an electrode composed of different material sections, the first electrode section (tungsten alloy) may be fixedly connected to the at least one further electrode section (eg electrical connection section).
Diese Ausführungsform der Elektrode eignet sich insbesondere als Kathode oder Anode einer für ein thermisches Spritzverfahren wie z. B. Plasma-Spritzen oder Lichtbogen-Spritzen vorgesehenen Plasmaerzeugungseinrichtung, insbesondere Düseneinrichtung zur Erzeugung eines Plasmastrahls. Derartige Düseneinrichtungen sind als solche z. B. als Bestandteil von Spritzpistolen zum Plasmaspritzen aus dem Stand der Technik bekannt. Eine typische Düseneinrichtung sieht beispielsweise eine stiftförmige Kathode vor, die im Inneren einer hülsenförmigen (und eine Düse ausbildenden) Anode angeordnet ist, um durch einen zwischen Kathode und Anode brennenden Lichtbogen das betreffende Plasma zu erzeugen. Die Düse (Anode) kann hierbei z. B. mit einem Gasgemisch aus Argon und Wasserstoff oder Argon und Helium beschickt werden.This embodiment of the electrode is particularly suitable as a cathode or anode for a thermal spraying process such. As plasma spraying or arc spraying plasma generating device, in particular nozzle device for generating a plasma jet. Such nozzle devices are as such z. B. as part of spray guns for plasma spraying of the prior art. A typical nozzle device, for example, provides a pin-shaped cathode which is arranged inside a sleeve-shaped (and a nozzle-forming) anode in order to generate the relevant plasma by means of an arc burning between the cathode and the anode. The nozzle (anode) can be z. B. be charged with a gas mixture of argon and hydrogen or argon and helium.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The invention will be further described by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. They show:
Mit Bezug auf die
Im Betrieb der Düseneinrichtung
Im dargestellten Beispiel sind die Kathode
Im dargestellten Beispiel sind beide Elektroden
Wie aus
Aufgrund der besonderen Zusammensetzung der ersten Elektrodenabschnitte
In einer speziellen und besonders vorteilhaften Ausführungsform enthalten die Elektrodenabschnitte
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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