EP0250511A1 - High-current electrode - Google Patents

High-current electrode

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Publication number
EP0250511A1
EP0250511A1 EP87900130A EP87900130A EP0250511A1 EP 0250511 A1 EP0250511 A1 EP 0250511A1 EP 87900130 A EP87900130 A EP 87900130A EP 87900130 A EP87900130 A EP 87900130A EP 0250511 A1 EP0250511 A1 EP 0250511A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
current electrode
zro
tho
ceo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP87900130A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kuno Kirner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plasmainvent AG
Original Assignee
Plasmainvent AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plasmainvent AG filed Critical Plasmainvent AG
Publication of EP0250511A1 publication Critical patent/EP0250511A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0205—Non-consumable electrodes; C-electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/24—Features related to electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478—Geometrical details

Definitions

  • the invention relates to a high-current electrode made of a material which is a good conductor of heat and electricity and which is high-melting at least on the surface of the electrode and has a low electron work function, in particular for use in plasma torches.
  • Such high-current electrodes are used, in addition to plasma torches, for example in high-current arc light sources, in high-current arc melting furnaces and in welding processes and equipment in which electrical currents are used
  • the requirements for such electrodes are good high-temperature behavior, i.e. high melting point, high boiling point and sufficient strength close to the melting point, furthermore good electrical conductivity and high erosion resistance.
  • the high erosion resistance leads to a long service life of the electrode.
  • tungsten is a preferred electrode material for such high-current electrodes.
  • High-current electrodes of the type described at the outset are known, which consist of tungsten and whose service life is improved by additions of ThO 2 .
  • the ThO 2 additives also make it easier to ignite the arc and result in a more stable, quieter arc than pure tungsten electrodes. This is due to the low electron work function Wa of ThO 2 (1.6 to 3 eV).
  • the relatively high electron work function Wa of tungsten (4.5 eV) is reduced, for example, by adding 2% ThO 2 to approximately 2.63 to 2.86 eV.
  • ThO 2 additives are from
  • Tungsten electrode is about 4% by weight.
  • the invention has for its object to provide a high-current electrode of the type described, which strength due to high Abbrandf a much larger
  • the electrode base body has a coating which is high-melting and has a low electron work function.
  • the electrode base body can be made of tungsten, molybdenum, copper or another good heat and current conductive material and also have a hollow shape that is easy to cool.
  • the coating is expediently applied in a plasma spraying process.
  • the coating advantageously consists of W and at least 4% by weight of ThO 2 or CeO 2 .
  • the coating consists of W and about 10% by weight of ThO 2 or CeO 2 .
  • the coating can also consist of W and CeO 2 in a ratio of 1: 1.
  • the coating consists of W and at least 1% by weight of LaB 6 or Y 2 O 3 .
  • the coating can advantageously consist of W and at least 1% by weight of oxides, carbides, borides with high
  • CeS 6 , ThB 6 , HfB 6 , CeB 6 , SrB 6 and CeB 12 exist.
  • the electrode base body is a hollow body which is internally coolant-cooled during operation.
  • the materials of the coating are sprayed onto a core in a thickness that, after dissolving or unscrewing the core, results in a self-supporting high-current electrode from the injection molding machine.
  • the materials of the coating are advantageously applied in a graded manner, i.e. the concentration of the addition to W is specifically changed, preferably towards the surface.
  • a wettable powder mixture for coating a high-current electrode in the plasma spray process is characterized in that it consists of W and at least 4% by weight of ThO 2 or CeO 2 . It can advantageously consist of W and about 10% by weight of ThO 2 or CeO 2 , in the case of CeO 2 the ratio between W and CeO 2 can be 1: 1.
  • Another spray powder mixture for coating a high-current electrode in the plasma spray process is characterized in that it consists of W and at least 1% by weight of LaB 6 or Y 2 O 3 .
  • another wettable powder mixture for coating a high-current electrode in the plasma spray process is characterized in that it consists of W and at least 1% by weight of oxides, carbides, borides with a high melting temperature and low electron work function, such as Thc 2 , HfC, UC2, SrO 2 , BaO, CaO, La 2 O 3 , LaCrO 3 , HfO 2 , Yb 2 O 3 , ZrO 2 ,
  • BaO.ThO 2 CaO.HfO 2 , BaO.ZrO 2 , SrO 2 .ZrO 2 , ThO 2 .ZrO 2 ,
  • the coating of W and the additives mentioned which lower the electron work function of W, can be applied to electrode bases, for example made of pure tungsten, copper, molybdenum or the like, in any thickness.
  • the upper limit of the additive is due to the requirement for good electrical conductivity and the impairment of the
  • Flow behavior of the tungsten powder given by the additives during plasma spraying The flow behavior depends on the grain size.
  • the grain size of the additional powder is advantageously matched to the grain size of the UV powder in such a way that the liquidification of the two components takes place at about the same time in the plasma jet.
  • the grain size of the W powder is advantageously about -44 + 5.6 ⁇ m, while the grain size of the additional powder is in the range of the grain size of the W powder or above.
  • the larger grain size of the additional powder is particularly suitable for additional powder with a significantly lower melting temperature than that of W.
  • the grain size of the CeO 2 powder can advantageously be approximately -105 + 44 ⁇ m.
  • the thickness of the coating depends on the electrical load and the thermal conditions of the high-current electrode.
  • cathodes which are used at average currents of 500 A, for example, thicknesses of 0.5 mm are sufficient, but thicknesses of 1 to 2 mm are preferably applied.
  • the current strength of cathodes according to the invention is much higher than that of conventional cathodes, for example at 1000 A practically no material loss and thus no decrease in the electrode length.
  • Fig. 2 conventional sintered tungsten electrodes before
  • Fig. 3 embodiments of the high-current electrodes coated according to the invention before use and after use in a plasma torch.
  • the electrode 1 shows a cross section through an embodiment of a high-current electrode 1 coated according to the invention.
  • the electrode 1 consists of a hollow electrode base body 2, which consists of tungsten, molybdenum, copper or another material which is a good conductor of heat and electricity.
  • a coating 3 made of tungsten and an additive described in more detail below, which is applied in the plasma spraying process. Coolant can be supplied to this electrode as indicated by the arrow K.
  • the coating materials can if necessary applied in a graded manner, ie the concentration of the addition to W can be changed in a targeted manner, preferably increased towards the surface.
  • FIG. 2 shows conventional stick electrodes 1, FIG. 2a showing the initial shape of a sintered tungsten electrode.
  • 2b shows a pure tungsten electrode after loading with 500 A. This clearly shows an erosion, including deformation of the electrode, which is not particularly useful for plasma spraying technology.
  • 2c shows a sintered electrode, the electrode body of which consists of W + 2% by weight ThO 2 , specifically after operation at 1000 A. Here too, considerable electrode erosion can be seen
  • 3 shows a number of high-current electrodes with a coating according to the invention.
  • 3a shows the initial shape of a high-current electrode 1 with woifram core in the form of an electrode base body 2 and coating 3 applied to the front of the electrode.
  • 3b shows such an electrode with a coating 3 of W + 10% by weight ThO 2 after operation at 1000 A.
  • the erosion is slight and tolerable.
  • 3c shows such an electrode 1 with a coating 3 of W + 10% by weight CeO 2 , likewise after operation at 1000 A.
  • the erosion of the electrode 1 can hardly be seen here.
  • FIG. 3d shows the initial shape of a high-flow electrode 1 with a hollow, water-cooled copper core as the main electrode body 2 and with a coating 3 made of W + 10% by weight CeO 2 .
  • the same electrode 1 is after one Load shown with 1000 A. It can be clearly seen that there is practically no electrode erosion at all.
  • the cathodes or electrodes 1 according to the invention can be subjected to a much higher current intensity than conventional cathodes as shown in FIG. 2, given the same starting conditions, ie the same outer contour, the same gas flow and the same cooling.
  • S is the emission current density
  • Wa is the electron Work function
  • a R a material constant
  • T the absolute temperature in the emission range
  • k the Boltzmann constant.
  • the emission current density S increases by a factor of 2.5 at an emission temperature of, for example, approximately 3700 ° K at W with a Wa reduction from 5 eV to two 2 eV.
  • Electrode particles in the layer affects in a higher insulation and dielectric strength; With some corrosion protection layers, the lowest possible foreign content in the form of inclusions is important. Even when encapsulating implants to improve their wax-in, no foreign particles should be injected.
  • the coating 3 of the high-current electrodes 1 described in connection with FIGS. 1 and 3 was applied in a plasma spraying process.
  • the wettable powder consisted of tungsten with the additives explained below, which reduce the electron work function of tungsten.
  • the electrode base body consisted, for example, of pure tungsten, copper, molybdenum and the like, the coating 3 being applied in any thickness in the preferred plasma spraying process.
  • a powder mixture consisting of tungsten + x% by weight additive is sprayed on.
  • the additives are preferably ThO 2 or CeO 2 , each with x> 4 and x ⁇ 10.
  • a mixture of W and CeO 2 in a ratio of 1: 1 for the coating 3 is also a suitable embodiment.
  • carbides, borides with a high melting temperature and low electron work function such as ThC 2 , HfC, UC 2 , SrO 2 , BaO, CaO, La 2 O 3 , LaCrO 3 , HfO 2 , Yb 2 O 3 , ZrO 2 , mixed oxides from this group, BaO.ThO 2 , CaO.HfO 2 , BaO.ZrO 2 , SrO 2 .ZrO 2 , ThO 2 .ZrO 2 , CaO.ZrO 2 and CeB 6 , ThB 6 , HfB 6 , CeB 6 , SrB 6 and C eB 1 2 is x> 1.
  • the grain size of the additive powder to the grain size of the W powder is expediently coordinated in such a way that the two components liquefy in the plasma jet takes place at approximately the same time.
  • the upper limit of x is given by the requirement for good electrical conductivity and by the impairment of the flow behavior of the Woiframouiver by the additives; the latter in turn depends on the particle size of the wettable powder.
  • the grain size of the additional powder is preferably selected in the range of the grain size of the tungsten powder. Powders with the grain size proved to be very suitable -44 + 5.6 ⁇ m, whereby additional powder with a much lower melting temperature than tungsten should be coarser than the tungsten powder.
  • a suitable grain size for CeO 2 powder is around -105 + 44 ⁇ m.
  • the thickness of the coating 3 depends on the electrical load and the thermal conditions of the high-current electrode 1.
  • thicknesses of 0.5 mm are sufficient, preferably thicknesses of 1 to 2 mm are applied.
  • Another limit, which is given by electrode wear that is too rapid, relates to the addition of hydrogen to the plasma during plasma spraying. Due to the higher thermal conductivity of the hydrogen plasma and the extreme voltage rise when hydrogen is added, the proportion in argon / hydrogen mixtures must be kept below 25%.
  • the high-current electrodes described make it much easier to spray materials that are difficult to spray - either in terms of melting behavior or grain size.

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Abstract

L'électrode à courant élevé (1), qui est réalisée à partir d'un matériau ayant une bonne conductibilité thermique et électrique, est enrobée d'un revêtement (3) pour réduire la perte par combustion du matériau du corps (2) de l'électrode, ledit revêtement fondant à une température élevée et possédant une faible affinité pour les électrons. Le revêtement (3) est appliqué de préférence au moyen du procédé de dépôt par projection au plasma. Le mélange de poudre de projection pour le revêtement (3) comporte de préférence W et au moins 4 % en poids de Th02 ou de Ce0, ou bien W et au moins 1 % en poids d'oxydes, carbures, borures caractérisés par une température de fusion élevée et un faible travail de sortie des électrons.The high current electrode (1), which is made from a material having good thermal and electrical conductivity, is coated with a coating (3) to reduce the combustion loss of the body material (2) from the electrode, said coating melting at a high temperature and having a low affinity for electrons. The coating (3) is preferably applied using the plasma spray deposition process. The spray powder mixture for the coating (3) preferably comprises W and at least 4% by weight of Th02 or Ce0, or else W and at least 1% by weight of oxides, carbides, borides characterized by a temperature high melting and low electron output work.

Description

Hochstromelektrode High current electrode
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochstromelektrode aus einem gut wärme- und stromleitenden Material, welches wenigstens an der Oberfläche der Elektrode hochschmelzend ist und eine geringe Elektronen-Austrittsarbeit aufweist, insbesondere zum Einsatz in Plasmabrennern.The invention relates to a high-current electrode made of a material which is a good conductor of heat and electricity and which is high-melting at least on the surface of the electrode and has a low electron work function, in particular for use in plasma torches.
Derartige Hochstromelektroden werden außer bei Plasmabrennern beispielsweise bei Hochstrombogen-Lichtquellen, bei Hochstrombogen-Schmelzöfen und bei Schweißverfahren und -geraten eingesetzt, bei denen elektrische Ströme mitSuch high-current electrodes are used, in addition to plasma torches, for example in high-current arc light sources, in high-current arc melting furnaces and in welding processes and equipment in which electrical currents are used
Stromstärken von einigen hundert bis einige tausend Ampere zur Gegenelektrode übergehen.Current currents of a few hundred to a few thousand amps pass to the counter electrode.
Die Forderungen an solche Elektroden sind gutes Hochtemperaturverhalten, d.h. hoher Schmelzpunkt, hoher Siedepunkt und eine ausreichende Festigkeit bis nahe an den Schmelzpunkt, ferner eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine hohe Abbrandfestigkeit. Die hohe Abbrandfestigkeit führt zu einer hohen Lebensdauer der Elektrode.The requirements for such electrodes are good high-temperature behavior, i.e. high melting point, high boiling point and sufficient strength close to the melting point, furthermore good electrical conductivity and high erosion resistance. The high erosion resistance leads to a long service life of the electrode.
Wolfram ist wegen seiner hohen Schmelztemperatur (3410° C) und seiner hohen Siedetemperatur (5900° C) ein bevorzugter Elektrodenwerkstoff für derartige Hochstromelektroden. Es sind Hochstromelektroden der eingangs beschriebenen Art bekannt, die aus Wolfram bestehen und deren Lebensdauer durch Zusätze von ThO2 verbessert wird. Die ThO2- Zusätze erleichtern auch das Zünden des Lichtbogens und ergeben einen stabileren, ruhigeren Lichtbogen als Rein- Wolfram-Elektroden. Dies ist auf die niedrige Elektronen-Austrittsarbeit Wa des ThO2 (1,6 bis 3 eV) zurückzuführen. Die verhältnismäßig hohe Elektronen-Austrittsarbeit Wa von Wolfram (4,5 eV) wird beispielsweise durch einen 2%-tigen Zusatz von ThO2 auf etwa 2,63 bis 2,86 eV verringert.Because of its high melting temperature (3410 ° C) and its high boiling temperature (5900 ° C), tungsten is a preferred electrode material for such high-current electrodes. High-current electrodes of the type described at the outset are known, which consist of tungsten and whose service life is improved by additions of ThO 2 . The ThO 2 additives also make it easier to ignite the arc and result in a more stable, quieter arc than pure tungsten electrodes. This is due to the low electron work function Wa of ThO 2 (1.6 to 3 eV). The relatively high electron work function Wa of tungsten (4.5 eV) is reduced, for example, by adding 2% ThO 2 to approximately 2.63 to 2.86 eV.
In der Schweiß- und Plasmatechnik sind ThO2-Zusätze vonIn welding and plasma technology, ThO 2 additives are from
1,5 bis 2 % üblich. Höhere Zusätze wären in vielen Anwendungsf allen wünschenswert. Mit zunehmendem ThO2-Gehalt oder dem Gehalt an anderen Oxid-Zusätzen nehmen jedoch die. Verarbeitungsschwierigkeiten von Wolfram erheblich zu. Wolfram wird zu Blöcken gesintert, dann geschmiedet und gehämmert, während dünnere Stäbe und Drähte gezogen werden. Die technische Grenze für den ThO2-Zusatz einer solchen1.5 to 2% common. Higher additives would be desirable in many applications. However, with increasing ThO 2 content or the content of other oxide additives. Processing difficulties of tungsten increased considerably. Tungsten is sintered into blocks, then forged and hammered while drawing thinner bars and wires. The technical limit for the ThO 2 addition of such
Wolfram-Elektrode liegt bei etwa 4 Gew. -% .Tungsten electrode is about 4% by weight.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochstromelektrode der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welehe durch hohe Abbrandf estigkeit eine erheblich größereThe invention has for its object to provide a high-current electrode of the type described, which strength due to high Abbrandf a much larger
Lebensdauer als die bisher bekannten Hochstromelektroden aufweist.Lifetime than the previously known high current electrodes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektrodengrundkörper eine Beschichtung aufweist, welche hochschmelzend ist und eine geringe Elektronen-Austrittsarbeit aufweist. Der Elektrodengrundkörper kann dabei aus Wolfram, Molybdän, Kupfer oder einem anderen gut wärme- und ström- leitenden Werkstoff bestehen und darüber hinaus eine gut zu kühlende Hohlform aufweisen. Die Beschichtung ist zweckmäßig im Plasmaspritzverfahren aufgebracht.This object is achieved in that the electrode base body has a coating which is high-melting and has a low electron work function. The electrode base body can be made of tungsten, molybdenum, copper or another good heat and current conductive material and also have a hollow shape that is easy to cool. The coating is expediently applied in a plasma spraying process.
Vorteilhaft besteht die Beschichtung aus W und wenigstens 4 Gew.-% ThO2 oder CeO2.The coating advantageously consists of W and at least 4% by weight of ThO 2 or CeO 2 .
In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Hochstromelektrode besteht die Beschichtύng aus W und etwa 10 Gew.-% ThO2 oder CeO2. Die Beschichtung kann jedoch auch aus W und CeO2 im Verhältnis 1:1 bestehen.In a preferred embodiment of the high-current electrode according to the invention, the coating consists of W and about 10% by weight of ThO 2 or CeO 2 . However, the coating can also consist of W and CeO 2 in a ratio of 1: 1.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die Beschichtung aus W und wenigstens 1 Gew.-% LaB6 oder Y2O3.In a further embodiment of the invention, the coating consists of W and at least 1% by weight of LaB 6 or Y 2 O 3 .
Schließlich kann die Beschichtung vorteilhaft aus W und wenigstens 1 Gew.-% Oxiden, Karbiden, Boriden mit hoherFinally, the coating can advantageously consist of W and at least 1% by weight of oxides, carbides, borides with high
Schmelztemperatur und geringer Elektronen-Austrittsarbeit wieMelting temperature and low electron work function like
ThC2, HfC, ÜC2, SrO2, BaO, CaO, La2O3 , LaCrO3 , HfO2,ThC 2 , HfC, ÜC2, SrO 2 , BaO, CaO, La 2 O 3 , LaCrO 3 , HfO 2 ,
Yb2O3, ZrO2,Yb 2 O 3 , ZrO 2 ,
Mischoxiden aus dieser Gruppe,Mixed oxides from this group,
BaO.ThO2, CaO-HfO2, BaO-ZrO2, SrO2-ZrO2, ThO2.ZrO2, CaO.ZrO2,BaO.ThO 2 , CaO-HfO 2 , BaO-ZrO 2 , SrO 2 -ZrO 2 , ThO 2 .ZrO 2 , CaO.ZrO 2 ,
CeS6, ThB6, HfB6, CeB6, SrB6 und CeB12 bestehen.CeS 6 , ThB 6 , HfB 6 , CeB 6 , SrB 6 and CeB 12 exist.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist der Elektrodengrundkörper ein im Betrieb innen kühlmittelgekühlter Hohlkörper.According to a development of the invention, the electrode base body is a hollow body which is internally coolant-cooled during operation.
Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hochstromelektrode besteht darin, daß die Stoffe der Beschich tung in einer Dicke auf einen Kern aufgespritzt sind, die nach Auflösen bzw. Ausdrehen des Kerns eine freitragende Hochstromelek trode aus dem Spri tzwerks tof f ergib t .Another development of the high-current electrode according to the invention is that the materials of the coating are sprayed onto a core in a thickness that, after dissolving or unscrewing the core, results in a self-supporting high-current electrode from the injection molding machine.
Die beiden letzteren Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich unmittelbar aus der Tatsache der Beschichtung der Elektrode mit den angegebenen Materialien.The latter two developments of the invention result directly from the fact that the electrode is coated with the specified materials.
Vorteilhaft sind die Stoffe der Beschichtung gradiert aufgebracht, d.h. die Konzentration des Zusatzes zu W ist gezielt verändert, vorzugsweise zur Oberfläche, hin erhöht.The materials of the coating are advantageously applied in a graded manner, i.e. the concentration of the addition to W is specifically changed, preferably towards the surface.
Ein Spritzpulvergemisch für die Beschichtung einer Hochstromelektrode im Plasmaspritzverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es aus W und wenigstens 4 Gew.-% ThO2 oder CeO2 besteht. Vorteilhaft kann es aus W und etwa 10 Gew.-% ThO2 oder CeO2 bestehen, im Falle von CeO2 kann das Verhältnis zwischen W und CeO2 1:1 betragen.A wettable powder mixture for coating a high-current electrode in the plasma spray process is characterized in that it consists of W and at least 4% by weight of ThO 2 or CeO 2 . It can advantageously consist of W and about 10% by weight of ThO 2 or CeO 2 , in the case of CeO 2 the ratio between W and CeO 2 can be 1: 1.
Ein weiteres Spritzpulvergemisch für die Beschichtung einer Hochstromelektrode im Plasmaspritzverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es aus W und wenigstens 1 Gew.-% LaB6 oder Y2O3 besteht.Another spray powder mixture for coating a high-current electrode in the plasma spray process is characterized in that it consists of W and at least 1% by weight of LaB 6 or Y 2 O 3 .
Schließlich ist ein weiteres Spritzpulvergemisch für die Beschichtung einer Hochstromelektrode im Plasmaspritzverfahren dadurch gekennzeichnet, daß es aus W und wenigstens 1 Gew.-% Oxiden, Karbiden, Boriden mit hoher Schmelztemperatur und geringer Elektronen-Austrittsarbeit wie Thc2, HfC, UC2, SrO2, BaO, CaO, La2O3, LaCrO3, HfO2, Yb2O3, ZrO2,Finally, another wettable powder mixture for coating a high-current electrode in the plasma spray process is characterized in that it consists of W and at least 1% by weight of oxides, carbides, borides with a high melting temperature and low electron work function, such as Thc 2 , HfC, UC2, SrO 2 , BaO, CaO, La 2 O 3 , LaCrO 3 , HfO 2 , Yb 2 O 3 , ZrO 2 ,
Mischoxiden aus dieser Gruppe,Mixed oxides from this group,
BaO.ThO2, CaO.HfO2, BaO.ZrO2, SrO2.ZrO2, ThO2.ZrO2,BaO.ThO 2 , CaO.HfO 2 , BaO.ZrO 2 , SrO 2 .ZrO 2 , ThO 2 .ZrO 2 ,
CaO.ZrO2, CeB6 , ThB6 , HfB6, CeB6 , SrB6 und CeB12 besteht.CaO.ZrO 2 , CeB 6 , ThB 6 , HfB 6 , CeB 6 , SrB 6 and CeB 12 .
Mit der Erfindung läßt sich die Beschichtung aus W und den genannten Zusätzen, welche die Elektronen-Austrittsarbeit von W erniedrigen, auf Elektrodengrundkörper beispielsweise aus Rein-Wolfram, Kupfer, Molybdän oder dgl. in beliebiger Dicke aufbringen. Die obere Grenze des Zusatzstoffes ist durch die Forderung nach guter elektrischer Leitfähigkeit und durch die Beeinträchtigung desWith the invention, the coating of W and the additives mentioned, which lower the electron work function of W, can be applied to electrode bases, for example made of pure tungsten, copper, molybdenum or the like, in any thickness. The upper limit of the additive is due to the requirement for good electrical conductivity and the impairment of the
Fließverhaltens des Wolframpulvers durch die Zusätze beim Plasmaspritzen gegeben. Das Fließverhalten ist wiederum abhängig von der Korngröße.Flow behavior of the tungsten powder given by the additives during plasma spraying. The flow behavior depends on the grain size.
Vorteilhaft ist die Korngröße des Zusatzpulvers zur Korngröße des W-Pulvers so abgestimmt, daß das Flüssigwerden der beiden Komponenten im Plasmastrahl etwa zur gleichen Zeit erfolgt.The grain size of the additional powder is advantageously matched to the grain size of the UV powder in such a way that the liquidification of the two components takes place at about the same time in the plasma jet.
Die Korngröße des W-Pulvers beträgt vorteilhaft etwa -44 + 5,6 μm, während die Korngröße des Zusatzpulvers im Bereich der Korngröße des W-Pulvers oder darüber liegt. Die höhere Korngröße des Zusatzpulvers kommt insbesondere für Zusatzpulver mit wesentlich geringerer Schmelztemperatur als die von W in Betracht.The grain size of the W powder is advantageously about -44 + 5.6 μm, while the grain size of the additional powder is in the range of the grain size of the W powder or above. The larger grain size of the additional powder is particularly suitable for additional powder with a significantly lower melting temperature than that of W.
Die Korngröße des CeO2-Pulvers kann vorteilhaft etwa -105 + 44 μm betragen.The grain size of the CeO 2 powder can advantageously be approximately -105 + 44 μm.
Die Dicke der Beschichtung richtet sich nach der elektrischen Belastung und den thermischen Verhältnissen der Hochstromelektrode. Für wassergekühlte Plasmabrennerkathoden, die bei mittleren Stromstärken von z.B. 500 A eingesetzt werden, genügen Dicken von 0,5 mm, vorzugsweise werden jedoch Dicken von 1 bis 2 mm aufgebracht. Kathoden gemäß der Erfindung sind bei gleichen Ausgangsbedingungen, d.h. gleicher Außenkontur, gleicher Gasströmung und gleicher Kühlung in der Stromstärke wesentlich höher belastbar als herkömmliche Kathoden, wobei beispielsweise bei 1000 A praktisch kein Materialverlust und somit keine Abnahme der Elektrodenlänge auftritt.The thickness of the coating depends on the electrical load and the thermal conditions of the high-current electrode. For water-cooled plasma torch cathodes, which are used at average currents of 500 A, for example, thicknesses of 0.5 mm are sufficient, but thicknesses of 1 to 2 mm are preferably applied. With the same initial conditions, ie the same outer contour, the same gas flow and the same cooling, the current strength of cathodes according to the invention is much higher than that of conventional cathodes, for example at 1000 A practically no material loss and thus no decrease in the electrode length.
Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigenThe invention is described below using exemplary embodiments and with reference to the drawings. Show in the drawings
Fig. 1 eine erfindungsgemäß beschichtete Hochstromelektrode,1 shows a high-current electrode coated according to the invention,
Fig. 2 herkömmliche Sinterwolframelektroden vor demFig. 2 conventional sintered tungsten electrodes before
Einsatz und nach dem Einsatz in einem Plasmabrenner, undUse and after use in a plasma torch, and
Fig. 3 Ausführungsformen der erfindungsgemäß beschichteten Hochstromelektroden vor dem Einsatz und nach dem Einsatz in einem Plasmabrenner.Fig. 3 embodiments of the high-current electrodes coated according to the invention before use and after use in a plasma torch.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß beschichteten ffochstromelektrode 1. Die Elektrode 1 besteht aus einem hohlen Elektrodengrundkörper 2, der aus Wolfram, Molybdän, Kupfer oder einem anderen gut wärme- und stromleitenden Werkstoff besteht. An ihrem vorderen Ende weist sei eine Beschichtung 3 aus Wolfram und einem im folgenden näher beschriebenen Zusatzstoff auf, die im Plasmaspritzverfahren aufgebracht ist. Bei dieser Elektrode kann Kühlmittel wie durch den Pfeil K angedeutet zugeführt werden. Die Stoffe der Beschichtung können im Bedarfsfall gradiert aufgebracht, d.h. die Konzentration des Zusatzes zu W kann gezielt verändert, vorzugsweise zur Oberfläche hin erhöht sein.1 shows a cross section through an embodiment of a high-current electrode 1 coated according to the invention. The electrode 1 consists of a hollow electrode base body 2, which consists of tungsten, molybdenum, copper or another material which is a good conductor of heat and electricity. At its front end there is a coating 3 made of tungsten and an additive described in more detail below, which is applied in the plasma spraying process. Coolant can be supplied to this electrode as indicated by the arrow K. The coating materials can if necessary applied in a graded manner, ie the concentration of the addition to W can be changed in a targeted manner, preferably increased towards the surface.
Fig. 2 zeigt herkömmliche Stabelektroden 1, wobei Fig. 2a die Ausgangsform einer Sinterwolframelektrode darstellt. In Fig. 2b ist eine Rein-Wolfram-Elektrode nach Belastung mit 500 A dargestellt. Hier ist deutlich ein insbesondere für die Plasmaspritz technik nicht brauchbarer Abbrand einschließlich Verformung der Elektrode zu erkennen. Fig. 2c zeigt eine gesinterte Elektrode, deren Elektrodenkörper aus W + 2 Gew.-% ThO2 besteht, und zwar nach Betrieb mit 1000 A. Auch hier ist ein erheblicher Elektrodenabbrand zu erkennenFIG. 2 shows conventional stick electrodes 1, FIG. 2a showing the initial shape of a sintered tungsten electrode. 2b shows a pure tungsten electrode after loading with 500 A. This clearly shows an erosion, including deformation of the electrode, which is not particularly useful for plasma spraying technology. 2c shows a sintered electrode, the electrode body of which consists of W + 2% by weight ThO 2 , specifically after operation at 1000 A. Here too, considerable electrode erosion can be seen
In Fig. 3 sind mehrere Hochstromelektroden mit erfindungsgemäßer Beschichtung dargestellt. So zeigt Fig. 3a die Ausgangsform einer Hochstromelektrode 1 mit Woiframkern in Form eines Elektrodengrundkörpers 2 und an der Vorderseite der Elektrode aufgebrachter Beschichtung 3.3 shows a number of high-current electrodes with a coating according to the invention. 3a shows the initial shape of a high-current electrode 1 with woifram core in the form of an electrode base body 2 and coating 3 applied to the front of the electrode.
Fig. 3b zeigt eine derartige Elektrode mit einer Beschichtung 3 aus W + 10 Gew.-% ThO2 nach einem Betrieb mit 1000 A. Der Abbrand ist geringfügig und tolerierbar.3b shows such an electrode with a coating 3 of W + 10% by weight ThO 2 after operation at 1000 A. The erosion is slight and tolerable.
In Fig. 3c ist eine derartige Elektrode 1 mit Beschichtung 3 aus W + 10 Gew.-% CeO2 , ebenfalls nach einem Betrieb mit 1000 A dargestellt. Hier ist der Abbrand der Elektrode 1 kaum zu erkennen.3c shows such an electrode 1 with a coating 3 of W + 10% by weight CeO 2 , likewise after operation at 1000 A. The erosion of the electrode 1 can hardly be seen here.
Fig. 3d zeigt die Ausgangsform einer Hochströmelektrode 1 mit hohlem, wassergekühlten Kupferkern als Elektrodengrundkörper 2 und mit einer Beschichtung 3 aus W + 10 Gew.-% CeO2. In Fig. 3e ist dieselbe Elektrode 1 nach einer Belastung mit 1000 A dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß hier praktisch überhaupt kein Elektrodenabbrand auftritt.FIG. 3d shows the initial shape of a high-flow electrode 1 with a hollow, water-cooled copper core as the main electrode body 2 and with a coating 3 made of W + 10% by weight CeO 2 . In Fig. 3e the same electrode 1 is after one Load shown with 1000 A. It can be clearly seen that there is practically no electrode erosion at all.
Die Kathoden bzw. Elektroden 1 gemäß der Erfindung, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, sind bei gleichen Ausgangsbedingungen, d.h. gleicher Außenkontur, gleicher Gasströmung und gleicher Kühlung wesentlich höher in der Stromstärke belastbar als herkömmliche Kathoden wie in Fig. 2 dargestellt. So wurden Hochstromelektroden 1, die mit einer Beschichtung aus beispielsweise W + 10 Gew.-&% ThO2, W + 10 Gew.-% CeO2, W + 5 Gew.-% Y2O3 oder W + 5 Gew.-% LaB, versehen waren, mit Stromstärken über 1000 A belastet, ohne daß ein rasches Abbrennen der Elektrode eintrat. Bei herkömmlichen Standardelektroden aus W + 2 Gew.-% ThO2 trat bei 1000 A bereits ein starker Materialverlust einschließlich Wolframtröpfchen im Plasmastrahl des Plasmabrenners und eine rasche Abnahme der Elektrodenlänge auf (vgl. Fig. 2c). Rein-Wolfram-Elektroden der gleichen Abmessungen (vgl. Fig. 2b) schmelzen schön bei Stromstärken umThe cathodes or electrodes 1 according to the invention, as shown in FIGS. 1 and 3, can be subjected to a much higher current intensity than conventional cathodes as shown in FIG. 2, given the same starting conditions, ie the same outer contour, the same gas flow and the same cooling. High-current electrodes 1, which have a coating of, for example, W + 10% by weight of ThO 2 , W + 10% by weight of CeO 2 , W + 5% by weight of Y 2 O 3 or W + 5% by weight % LaB, were loaded with currents above 1000 A without rapid electrode burning. With conventional standard electrodes made of W + 2% by weight ThO 2 , a severe material loss including tungsten droplets in the plasma jet of the plasma torch and a rapid decrease in the electrode length already occurred at 1000 A (cf. FIG. 2 c). Pure tungsten electrodes of the same dimensions (see FIG. 2b) melt beautifully at current intensities
500 A derart schnell ab, daß sie als nicht brauchbar anzusehen sind.500 A so quickly that they are not considered usable.
In den Fig. 2 und 3 sind die Abbrandverhältnisse der herkämmlichen Elektroden und der Hochstromelektroden gemäß der Erfindung miteinander verglichen. Maßgebend für das Elektrodenverhalten ist die Richardson sehe Gleichung2 and 3, the erosion ratios of the conventional electrodes and the high-current electrodes according to the invention are compared with one another. The Richardson equation is decisive for the electrode behavior
Dabei ist S die Emissionsstromdichte, Wa die Elektronen Austrittsarbeit, AR eine Materialkonstante, T die absolute Temperatur im Emissionsbereich und k.die Boltzmann- Konstante. Bei gegebener Stromstärke wirkt sich die Verminderung der Elektronen-Austrittsarbeit des Elektrodenwerkstoffs in einer Verminderung der Elektroden temperatur. aus; andererseits steigt bei einer Emissionstemperatur von beispielsweise ca. 3700° K bei W bei einer Wa-Erniedrigung von 5 eV auf zwei 2 eV die Emissionsstromdichte S um den Faktor 2,5.S is the emission current density, Wa is the electron Work function, A R a material constant, T the absolute temperature in the emission range and k.d the Boltzmann constant. For a given current strength, the reduction in the electron work function of the electrode material results in a reduction in the electrode temperature. out; on the other hand, the emission current density S increases by a factor of 2.5 at an emission temperature of, for example, approximately 3700 ° K at W with a Wa reduction from 5 eV to two 2 eV.
Dies ist der physikalische Hintergrund, daß bei den Hochstromelektroden gemäß der Erfindung weniger Elektrodenmaterial abschmilzt und abdampft. Damit erhöht sich die Belastbarkeit, bzw. bei einer gegebenen Strombelastung die Standzeit der Elektroden, was in mehrfacher Welse Vorteile bringt, z.B. geringere Kosten und geringere Totzeiten. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Elektroden beim Einsatz in Plasmabrennern sind verbesserte Schichteigenschaften der plasmagespritzten Überzüge, z.B. bei gespritzten keramischen Isolierschichten, wo sich ein verminderter Einbau vonThis is the physical background that less electrode material melts and evaporates in the high-current electrodes according to the invention. This increases the load capacity, or the service life of the electrodes at a given current load, which has advantages in multiple catfish, e.g. lower costs and less dead time. Further advantages of the electrodes according to the invention when used in plasma torches are improved layer properties of the plasma-sprayed coatings, e.g. with sprayed ceramic insulating layers, where there is a reduced installation of
Elektrodenpartikeln in die Schicht, beispielsweise aus Al2O3, in einer höheren Isolierfestigkeit und Durchschlagsfestigkeit auswirkt; bei manchen Korrosionsschutzschichten ist ein möglichst geringer Fremdanteil in Form von Einschlüssen wichtig. Auch bei Umspritzungen von Implantaten zu deren besseren Einwachsen sollten keine Fremdpartikel miteingespritzt werden.Electrode particles in the layer, for example made of Al 2 O 3 , affects in a higher insulation and dielectric strength; With some corrosion protection layers, the lowest possible foreign content in the form of inclusions is important. Even when encapsulating implants to improve their wax-in, no foreign particles should be injected.
Die Beschichtung 3 der im Zusammenhang mit Fig. 1 und 3 beschriebenen Hochstroraelektroden 1 wurde im Plasmaspritzverfahren aufgebracht. Dabei bestand das Spritzpulver aus Wolfram mit den nachfolgend erläuterten Zusätzen, welche die Elektronen-Austrittsarbeit von Wolfram erniedrigen. Die Elektrodengrundkörper bestanden beispielsweise aus Rein-Wolfram, Kupfer, Molybdän und dgl., wobei die Beschichtung 3 im bevorzugten Plasmaspritzverfahren in beliebiger Dicke aufzubringen ist.The coating 3 of the high-current electrodes 1 described in connection with FIGS. 1 and 3 was applied in a plasma spraying process. The wettable powder consisted of tungsten with the additives explained below, which reduce the electron work function of tungsten. The electrode base body consisted, for example, of pure tungsten, copper, molybdenum and the like, the coating 3 being applied in any thickness in the preferred plasma spraying process.
Es wird ein Pulvergemisch bestehend aus jeweils Wolfram + x Gew.-% Zusatzstoff aufgespritzt. Die Zusatzstoffe sind bevorzugt ThO2 oder CeO2 mit jeweils x > 4 und x ≈ 10. Eine Mischung aus W und CeO2 im Verhältnis 1:1 für die Beschichtung 3 ist ebenfalls eine zweckmäßige Ausführungsform. Bei einer Beschichtung 3 aus W und LaB6 oder Y2O3 ist x > 1.A powder mixture consisting of tungsten + x% by weight additive is sprayed on. The additives are preferably ThO 2 or CeO 2 , each with x> 4 and x ≈ 10. A mixture of W and CeO 2 in a ratio of 1: 1 for the coating 3 is also a suitable embodiment. In the case of a coating 3 composed of W and LaB 6 or Y 2 O 3 , x> 1.
Für weitere Gemische aus W und Oxiden, Karbiden, Boriden .mit hoher Schmelztemperatur und geringer Elektronen-Austrittsarbeit wie ThC2, HfC, UC2, SrO2, BaO, CaO, La2O3, LaCrO3, HfO2, Yb2O3, ZrO2, Mischoxiden aus dieser Gruppe, BaO.ThO2, CaO.HfO2, BaO.ZrO2, SrO2.ZrO2, ThO2.ZrO2, CaO.ZrO2 sowie CeB6 , ThB6, HfB6, CeB6 , SrB6 und C eB 1 2 ist x > 1.For further mixtures of W and oxides, carbides, borides with a high melting temperature and low electron work function such as ThC 2 , HfC, UC 2 , SrO 2 , BaO, CaO, La 2 O 3 , LaCrO 3 , HfO 2 , Yb 2 O 3 , ZrO 2 , mixed oxides from this group, BaO.ThO 2 , CaO.HfO 2 , BaO.ZrO 2 , SrO 2 .ZrO 2 , ThO 2 .ZrO 2 , CaO.ZrO 2 and CeB 6 , ThB 6 , HfB 6 , CeB 6 , SrB 6 and C eB 1 2 is x> 1.
Die Korngröße des Zusatzpulvers zur Korngröße des W-Pulvers ist zweckmäßig so abgestimmt, daß das Fiüssigverden der beiden Komponenten im Plasmastrahl etwa zur gleichen Zeit erfolgt.The grain size of the additive powder to the grain size of the W powder is expediently coordinated in such a way that the two components liquefy in the plasma jet takes place at approximately the same time.
Die obere Grenze von x ist durch die Forderung nach guter elektrischer Leitfähigkeit und durch die Beeinträchtigung des Fließverhaltens des Woiframouivers durch die Zusätze gegeben; letzteres ist wiederum abhängig von der Korngröße des Spritzpulvers. Vorzugsweise wird die Korngröße des Zusatzpulvers im Bereich der Korngröße des Wolframpulvers gewählt. Gut geeignet erwiesen sich Pulver mit der Körnung -44 + 5,6 μm, wobei Zusatzpulver mit wesentlich niedererer Schmelztemperatur als Wolfram eher gröber als das Wolframpulver sein sollen. Eine gut geeignete Korngröße für CeO2-Pulver liegt bei etwa -105 + 44 μm.The upper limit of x is given by the requirement for good electrical conductivity and by the impairment of the flow behavior of the Woiframouiver by the additives; the latter in turn depends on the particle size of the wettable powder. The grain size of the additional powder is preferably selected in the range of the grain size of the tungsten powder. Powders with the grain size proved to be very suitable -44 + 5.6 μm, whereby additional powder with a much lower melting temperature than tungsten should be coarser than the tungsten powder. A suitable grain size for CeO 2 powder is around -105 + 44 μm.
Die Dicke der Beschichtung 3 richtet sich nach der elektrischen Belastung und den thermischen Verhältnissen der Hochstromelektrode 1. Für wassergekühlte Plasmabrennerkathoden, die bei mittleren Stromstärken, z.B. 500 A, eingesetzt werden, genügen Dicken von 0,5 mm, vorzugsweise werden Dicken von 1 bis 2 mm aufgebracht.The thickness of the coating 3 depends on the electrical load and the thermal conditions of the high-current electrode 1. For water-cooled plasma torch cathodes which are used at medium currents, e.g. 500 A, are used, thicknesses of 0.5 mm are sufficient, preferably thicknesses of 1 to 2 mm are applied.
Eine weitere Grenze, die durch zu raschen Elektrodenverschleiß gegeben ist, betrifft den Wasserstoffzusatz zum Plasma beim Plasmaspritzen. Wegen der höheren Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffplasmas und des extremen Spannungsanstiegs bei Wasserstoffzusatz muß der Anteil bei Argon/Wasserstoffgemischen unter 25% gehalten werden.Another limit, which is given by electrode wear that is too rapid, relates to the addition of hydrogen to the plasma during plasma spraying. Due to the higher thermal conductivity of the hydrogen plasma and the extreme voltage rise when hydrogen is added, the proportion in argon / hydrogen mixtures must be kept below 25%.
Mit einer erfindungsgemäßen Hochstromelektrode, die mit einem W + CeO2-Gemisch im Verhältnis 1:1 plasmabeschichtet war, ließ sich ein Argon-Wasserstoffgemisch 20 1/min Ar + 19,9 1/min H2 über etwa 10 Minuten fahren und danach lediglich ein minimaler Abbrand von etwa 0,9 mm feststellen.With a high-current electrode according to the invention, which was plasma-coated with a W + CeO 2 mixture in a ratio of 1: 1, an argon-hydrogen mixture of 20 1 / min Ar + 19.9 1 / min H 2 could be run for about 10 minutes and then only notice a minimum burn-off of about 0.9 mm.
Mit den beschriebenen Hochs tromelek troden lassen sich b isher schwer spritzbare S tof fe - entweder vom Schmelzverhal ten oder von der Korngröß e her - wesentlich leichter spri tzen . The high-current electrodes described make it much easier to spray materials that are difficult to spray - either in terms of melting behavior or grain size.

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E PATENT TO SPEECH
1. Hochstromelektrode aus einem gut wärme- und stromleitenden Material, welches wenigstens an der Oberfläche der Elektrode hochschmelzend ist und eine geringe Elektronen-Austrittsarbeit aufweist, insbesondere zum Einsatz in Plasmabrennern, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elektrodengrundkörper (2) eine Beschichtung (3) aufweist, welche hochschmelzend ist und eine geringe Elektronen- Austrittsarbeit aufweist.1. High-current electrode made of a good heat and current-conducting material, which is high-melting at least on the surface of the electrode and has a low electron work function, in particular for use in plasma torches, characterized in that the electrode base body (2) has a coating (3) , which is high-melting and has a low electron work function.
2. Kochstromelektrode nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung (3) nach einem Verfahren des thermischen Spritzens, vorzugsweise im Plasmaspritzverfahren an Luft oder im Vakuum aufgebracht ist.2. Cooking current electrode according to claim 1, characterized in that the coating (3) is applied by a method of thermal spraying, preferably in a plasma spraying process in air or in a vacuum.
3. Hochstromelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung (3) aus W und wenigstens 4 Gew.-% ThO2 oder CeO2 besteht. 3. High current electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the coating (3) consists of W and at least 4 wt .-% ThO 2 or CeO 2 .
4. Hochstromelektrode nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschich tung (3) aus W und etwa 10 Gew.-% ThO2 oder CeO2 besteht.4. High current electrode according to claim 3, characterized in that the coating device (3) consists of W and about 10 wt .-% ThO 2 or CeO 2 .
5. Hochstromelektrode nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung (3) aus W und CeO2 im Verhältnis 1:1 besteht.5. High current electrode according to claim 3, characterized in that the coating (3) consists of W and CeO 2 in a ratio of 1: 1.
6. Hochstromelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung (3) aus W und wenigstens 1 Gew.-% LaB6 oder Y2O3 besteht.6. High current electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the coating (3) consists of W and at least 1 wt .-% LaB 6 or Y 2 O 3 .
7. Hochstromelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung (3) aus W und wenigstens 1 Gew.-% Oxiden, Karbiden, Boriden mit hoher Schmelztemperatur und geringer Elektroden-Austrittsarbeit wie7. High current electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the coating (3) of W and at least 1% by weight of oxides, carbides, borides with a high melting temperature and low electrode work function such as
ThC2, HfC, UC2, SrO2, BaO, CaO, La2O3, LaCrO3, HfO2,ThC 2 , HfC, UC 2 , SrO 2 , BaO, CaO, La 2 O 3 , LaCrO 3 , HfO 2 ,
Yb2O3, ZrO2,Yb 2 O 3 , ZrO 2 ,
Mischoxiden aus dieser Gruppe,Mixed oxides from this group,
BaO.ThO2, CaO.HfO2, BaO.ZrO2, SrO2.ZrO2, ThO2.ZrO2,BaO.ThO 2 , CaO.HfO 2 , BaO.ZrO 2 , SrO 2 .ZrO 2 , ThO 2 .ZrO 2 ,
CaO.ZrO2,CaO.ZrO 2 ,
CeB6, ThB6, HfB6, CeB6, SrB6 und CeB12 CeB 6 , ThB 6 , HfB 6 , CeB 6 , SrB 6 and CeB 12
besteht. consists.
8. Hochstromelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , daß der Elektrodengrundkörper (2) ein im Betrieb innen kühlmittelgekühlter Hohlkörper ist.8. High-current electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode base body (2) is a hollow body which is internally coolant-cooled during operation.
9. Hochstromelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stoffe der Beschichtung (3) in einer Dicke auf einen Kern aufgespritzt sind, die nach Auflösen bzw. Ausdrehen des Kerns eine freitragende Hochstromelektrode aus dem Spritzwerkstoff ergibt. 9. High-current electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the materials of the coating (3) are sprayed onto a core in a thickness which, after dissolving or unscrewing the core, results in a self-supporting high-current electrode made of the spray material.
10.. Hochstromelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stoffe der Beschichtung (3) gradiert aufgebracht sind, d.h. daß die Konzentration des Zusatzes zu W gezielt verändert, vorzugsweise zur Oberfläche hin erhöht ist.10 .. High current electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the substances of the coating (3) are applied in a graded manner, i.e. that the concentration of the additive to W changes in a targeted manner, preferably to the surface.
11. Spritzpulvergemisch für die Beschichtung einer Hochstromelektrode im Plasmaspritzverfahren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus W und wenigstens 4 Gew.-% ThO2 oder CeO2 besteht.11. Spray powder mixture for coating a high-current electrode in the plasma spraying process, characterized in that it consists of W and at least 4% by weight of ThO 2 or CeO 2 .
12. Spritzpulvergemisch nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus12. A wettable powder mixture according to claim 11, characterized in that it consists of
W und etwa 10 Gew.-% ThO2 oder CeO2 besteht.W and about 10% by weight of ThO 2 or CeO 2 .
13. Spritzpulvergemisch nach Anspruch 11 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus W und CeO2 im Verhältnis 1 :1 besteht. 13. wettable powder mixture according to claim 11, characterized in that it consists of W and CeO 2 in a ratio of 1: 1.
14. Spritzpulvergemisch für die Beschichtung einer Hochstromelektrode im Plasmaspritzverfahren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus14. Spray powder mixture for the coating of a high-current electrode in the plasma spraying process, thereby ensuring that it consists of
W und wenigstens 1 Gew.-% LaB6 oder Y2O3 besteht.W and at least 1% by weight of LaB 6 or Y 2 O 3 .
15. Spritzpulvergemisch für die Beschichtung einer Hochstromelektrode im Plasmaspritzverfahren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus W und wenigstens 1 Gew.-% Oxiden, Karbiden, Boriden mit hoher Schmelztemperatur und geringer Elektronen- Austrittsarbeit wie15. spraying powder mixture for the coating of a high current electrode in the plasma spray method, characterized in that it consists of W and at least 1 wt .-% m oxides, carbides, borides it a high melting temperature and low electron work function such as
ThC2, HfC, UC2, SrO2, BaO, CaO, La2O3, LaCrO3 , HfO2, ThC 2 , HfC, UC 2 , SrO 2 , BaO, CaO, La 2 O 3 , LaCrO 3 , HfO 2,
Yb2O3, ZrO2,Yb 2 O 3 , ZrO 2 ,
Mischoxiden aus dieser GruppeMixed oxides from this group
BaO.ThO2, CaO.HfO2, BaO.ZrO2, SrO2.ZrO2, ThO2.ZrO2,BaO.ThO 2 , CaO.HfO 2 , BaO.ZrO 2 , SrO 2 .ZrO 2 , ThO 2 .ZrO 2 ,
CaO.ZrO2.,CaO.ZrO 2. ,
CeB6, ThB6, KfB6, CeB6, SrB6 und CeB12 CeB 6 , ThB 6 , KfB 6 , CeB 6 , SrB 6 and CeB 12
besteht.consists.
16. Spritzpulvergemisch nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Korngröße des Zusatzpulvers zur Korngröße des W-Pulvers so abgestimmt ist, daß das Flüssigwerden der beiden Komponenten im Plasmastrahl etwa zur gleichen Zeit erfolgt16. wettable powder mixture according to one of claims 11 to 15, characterized in that the grain size of the additional powder is matched to the grain size of the W powder in such a way that the liquidification of the two components takes place at the same time in the plasma jet
17. Spritzpulvergemisch nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Korngröße des W-Pulvers etwa -44 + 5,6 μm beträgt und die Korngröße des Zusatzpulvers im Bereich der Korngröße des W-Pulvers oder darüber liegt.17. wettable powder mixture according to one of claims 11 to 15, characterized in that the grain size of the W powder is about -44 + 5.6 microns and the Grain size of the additional powder is in the range of the grain size of the W powder or above.
18. Spritzpulvergemisch nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Korngröße des CeO2-Pulvers etwa -105 + 44 μm beträgt. 18. wettable powder mixture according to claim 17, characterized in that the grain size of the CeO 2 powder is about -105 + 44 microns.
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