DE3701212A1

DE3701212A1 - Wolfram-elektrodenwerkstoff

Info

Publication number: DE3701212A1
Application number: DE19873701212
Authority: DE
Inventors: Shiro Muneta; Fukuhisa Matsuda; Masao Ushio
Original assignee: Toho Kinzoku Co Ltd; Hokkai Tungsten Industrial Co Ltd
Current assignee: Toho Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1986-03-24
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1987-10-15
Also published as: JPS62224495A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wolfram-Elektrodenwerkstoff.

Bei Elektrodenwerkstoffen von z. B. Elektroden für das Wolfram- Inertgas-Schweißen (WIG-Schweißen) sind im allgemeinen thermische und elektrische Eigenschaften für die Lichtbogenentladung erforderlich. Von diesen Eigenschaften sind die Thermoelektron- Emittiereigenschaften besonders wichtig. Um die Thermoelektron- Emittiereigenschaften zu verbessern, ist die Zugabe von einigen Prozent eines gewissen Oxids zu Wolfram üblich. Als Oxidzusatz für diesen Zweck ist bisher in ausgedehntem Maße Thoriumoxid (ThO₂) verwendet worden.

Sogenanntes thoriertes Wolfram mit Thoriumoxid, das zu Wolfram hinzugegeben worden ist, ist einem aus reinem Wolfram bestehenden Elektrodenwerkstoff in verschiedener Hinsicht überlegen, jedoch ist es hinsichtlich des Verbrauchs bzw. der Abschmelzung und des Lichtbogenzündverhaltens nicht zufriedenstellend. Ferner ist Thoriumoxid- oder Thoriumnitratpulver, das bei dem Verfahren zur Herstellung von thoriertem Wolfram als ein Ausgangsmaterial zu Wolframpulver hinzugegeben wird, ein radioaktives Material und kann deshalb nur schwierig und mit hohen Kosten erhalten werden, und ferner ist für die Lagerung und Handhabung von Thoriumoxid- und Thoriumnitratpulver eine strenge Kontrolle erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wolfram- Elektrodenwerkstoff bereitzustellen, der gute Thermoelektron- Emittiereigenschaften hat, ein ausgezeichnetes Lichtbogenzündverhalten liefert und eine geringe Abschmelzung zeigt, ohne daß für seine Herstellung ein radioaktives Ausgangsmaterial erforderlich ist wie bei dem bekannten thorierten Wolfram.

Diese Aufgabe wird durch einen Wolfram-Elektrodenwerkstoff gelöst, der 1,5 bis 2,5 Masse% Lanthanoxid und als Rest Wolfram enthält.

Dieser Elektrodenwerkstoff wird folgendermaßen hergestellt: Zuerst wird eine wäßrige Lösung einer Lanthanverbindung zu als Ausgangsmaterial dienendem metallischem Wolframpulver (mittlere Korngröße z. B. 2 bis 3 µm) hinzugegeben und damit vermischt, und dann wird die erhaltene Mischung in einer Wasserstoffatmosphäre bei 300 bis 500°C erhitzt, um dadurch die vorstehend erwähnte hinzugegebene Lanthanverbindung zu zersetzen. Als Lanthanverbindung wird Lanthannitrat bevorzugt. Diese Methode, bei der ein Zusatzstoff in Form einer wäßrigen Lösung aufgesprüht und danach durch Erhitzen zersetzt wird, ist bisher als Verfahren zur Zugabe von Zusatzstoffen ("Dotierungsverfahren") bei der Pulvermetallurgie von Wolfram, Molybdän usw. angewandt worden.

Aus dem Wolframpulver, dem Lanthannitrat zugesetzt worden ist, wird ein Pulver aus metallischem Wolfram, in dem Lantanoxid (La₂O₃) gleichmäßig verteilt ist, erhalten, indem es in einem auf 900 bis 1100°C erhitzten Wasserstoffstrom reduziert wird. Das auf diese Weise erhaltene Pulver wird entsprechend dem in der Pulvermetallurgie üblichen Verfahren nach dem Preßformen und Sintern den erforderlichen Verfahrensschritten wie z. B. Hämmern und Ziehen unterzogen, wobei der gewünschte Elektrodenwerkstoff erhalten wird.

Dieser Elektrodenwerkstoff, der zusätzlich zu Wolfram, seinem Hauptbestandteil, Lanthanoxid enthält, ist hinsichtlich der Abschmelzung und des Lichtbogenzündverhaltens hervorragend. Der Gehalt an Lanthanoxid (La₂O₃) sollte vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 bis 2,5 Masse% liegen. Mit einem Lanthanoxidgehalt, der größer als etwa 0,5 Masse% ist, kann bezüglich der Abschmelzung und des Lichtbogenzündverhaltens eine merkliche Wirkung erzielt werden, jedoch zeigt sich diese Wirkung bei einem Lanthanoxidgehalt von mehr als 1,5 Masse% in auffälligerem Maße. Andererseits erkennt man, daß der Wolfram-Elektrodenwerkstoff auch bei einem Lanthanoxidgehalt von mehr als 2,5 Masse% nur Wirkungen zeigt, die denselben Grad haben wie die Wirkungen, die bei einem Lanthanoxdigehalt von 2,5 Masse% erzielt werden, und außerdem ist bei einem Wolfram-Elektrodenwerkstoff mit einem so hohen Lanthanoxidgehalt seine Bearbeitbarkeit beeinträchtigt, und beim Elektroden-Fertigungsverfahren treten z. B. häufig Rißbildung und Brüche auf.

Es ist offensichtlich, daß der erfindungsgemäße Wolfram-Elektrodenwerkstoff einem Elektrodenwerkstoff aus reinem Wolfram weit überlegen ist und ein sehr gutes Lichtbogenzündverhalten liefert und eine geringe Abschmelzung zeigt, die denselben Grad haben wie oder besser sind als bei Wolfram, das in üblicher Weise behandelt worden ist. Außerdem tritt bezüglich der Sicherheit bei der Handhabung und Kontrolle dieses Elektrodenwerkstoffs kein Problem auf, weil kein Thoriumoxid verwendet wird.

Nachstehend wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist ein zur Erläuterung der Prüfbedingungen dienendes Schaubild.

Beispiel

Wolframpulver mit einer mittleren Korngröße von 3,5 µm und einer Reinheit von mehr als 99,9% wurde mit einer wäßrigen Lösung von Lanthannitrat besprüht, und das Pulver wurde gründlich gemischt. Die Menge des zugegebenen Lanthannitrats war vorher so eingestellt worden, daß die Lanthanoxidmenge im Endprodukt 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 bzw. 2,5 Masse% beträgt. Das gemischte Pulver wurde durch Erhitzen in einer Wasserstoffatmosphäre zersetzt, um Lanthannitrat in Lanthanoxid umzuwandeln, und dann 1,5 h lang in einem Wasserstoffstrom unter Anwendung eines Reduktionsofens, der mit einem Temperaturgradienten von 900 bis 1100°C betrieben wurde, erhitzt. Das auf diese Weise reduzierte Pulver wurde in einem V-Mischer gemischt, nachdem es ein Mischgerät und ein Sieb passiert hatte.

Das Wolfram (W)-Lanthanoxid (La₂O₃)-Pulver wurde in einer Form zu einem Pulverblock in Gestalt eines Stabes mit quadratischem Querschnitt formgepreßt. Der Pulverblock wurde danach gemäß dem üblichen Verfahren durch Vorsintern und durch Sintern, indem er unter Strom gesetzt wurde, in einen Barren mit einer Masse von 1000 g umgewandelt. Als der Pulverblock gesintert wurde, indem er unter Strom gesetzt wurde, war der Sinterstrom vorher auf einen Wert eingestellt worden, der etwa 90% des Schmelzstroms betrug. Dieser Barren wurde durch Hämmern und Ziehen bearbeitet, wobei schließlich eine Stabelelektrode mit rundem Querschnitt erhalten wurde.

Der auf diese Weise erhaltene Elektrodenwerkstoff wurde unter den nachstehend gezeigten Prüfbedingungen einem Hochfrequenz- WIG-Schweißversuch und einem Lichtbogenzündversuch unterzogen. Es wurden die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse erhalten. Fig. 1 stellt ein Prüfgerät dar, bei dem mit einer Elektrode 1 mit einem Durchmesser D = 1,6 mm und einer Länge = 150 mm (deren Spitze in einem Winkel von 45° kegelförmig auslief), die am Brenner eines WIG-Schweißgeräts gehalten wurde, an einem (wassergekühlten) Kupferblech als Grundmetall 2 ein Lichtbogen- Punktschweißen in Argongas (Strömungsgeschwindigkeit: 5 bis 6 l/ min) durchgeführt wurde. Die Lichtbogenlänge betrug L = 3 mm und die Elektrodenlänge D′ = 3 mm. Bei dem WIG-Schweißversuch, der unter den Bedingungen 150 A × 30 min durchgeführt wurde, wurde die abgeschmolzene Elektrodenmenge gewogen, und der Lichtbogenzündversuch wurde für die Dauer von 100 Zyklen unter den Bedingungen einer vorher eingestellten Stromstärke von 20 A, einer Zündungsdauer von 1 s und einer Stillstandsdauer von 10 s durchgeführt. In der Tabelle der Ergebnisse des Lichtbogenzündversuchs bedeutet "NG", daß die Lichtbogenzündung nicht eintrat.

Tabelle 1 läßt darauf schließen, daß Produkte, die 1,5 bis 2,5 Masse% Lanthanoxid enthalten, reinem Wolfram (W) sowohl hinsichtlich des Abschmelzverhaltens als auch hinsichtlich des Lichtbogenzündverhaltens überlegen sind und daß von diesen Produkten eines, das 2,0 Masse% Lanthanoxid enthält, die besten Ergebnisse liefert.

Tabelle 2 zeigt neben Ergebnissen bei erfindungsgemäßen, 2 Masse% Lanthanoxid enthaltenden Wolfram-Elektrodenwerkstoffen zum Vergleich Ergebnisse, die bei Elektrodenwerkstoffen erhalten wurden, bei denen zu Wolfram jeweils 2 Masse% Thoriumoxid (ThO₂), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃) bzw. Ceroxid (CeO₂) hinzugegeben wurden.

In Tabelle 2 werden die einzelnen Eigenschaften mit 5 Noten (A, B, C, D und E, wobei dies die Reihenfolge der Verschlechterung ist) bewertet. So bedeutet bei der "Elektrodentemperatur" A die niedrigste und E die höchste; bei der "Abschmelzung" A die geringste und "E" die größte; bei der "Elektrodenverformung" A die größte und E die geringste und bei der "Lichtbogenstabilität" A die höchste und E die niedrigste. Tabelle 2 zeigt, daß das Produkt mit beigefügtem Lanthanoxid bessere Eigenschaften hat als die Produkte mit anderen beigefügten Oxiden.

In dem vorstehenden Beispiel wurde hauptsächlich eine Anwendung als Elektrodenwerkstoff für Elektroden zum WIG-Schweißen beschrieben, jedoch können die erfindungsgemäßen Wolfram-Elektrodenwerkstoffe auch als Elektrodenwerkstoffe für Entladungsröhren, Magnetfeldröhren und verschiedene andere Arten von Elektronenröhren verwendet werden.

Tabelle 1

Tabelle 2

Claims

Wolfram-Elektrodenwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er 1,5 bis 2,5 Masse% Lanthanoxid und als Rest Wolfram enthält.