一种无辐射多元复合稀土钨电极材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种无辐射多元复合稀土钨电极材料及其制备方法，无辐射多元复合稀土钨电极材料含有氧化镧、氧化锆、氧化钇、氧化镥、铼以及钨，其中每种稀土氧化物占该材料质量百分比为0.5%~1.5%，稀土氧化物总量占该材料质量百分比为2%~3%，合金元素铼占该材料质量百分比为1%~4%，其余为钨。无辐射多元复合稀土钨电极材料的制备方法包括配置溶液、干燥、还原、冷等静压、烧结、垂熔、中频感应退火、B202旋锻、B201旋锻、拉丝、矫直、切割、抛光和磨光工序。制成的无辐射多元复合稀土钨电极材料加工容易，且使用性能更佳。
【专利说明】一种无福射多元复合稀土铭电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钨电极材料及其制备方法，特别是涉及一种无辐射多元复合稀土钨电极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]非熔化极氩弧焊又称钨极氩弧焊或钨极惰性气体保护焊，即在惰性气体的保护下，利用和工件之间产生的电弧熔化母材和填充金属的一种电弧焊焊接方法。非熔化的钨极起发射电子产生电弧的作用，填充焊丝从一侧送入，在电弧热的作用下填充金属与工件熔融在一起而形成焊缝。钨熔点高、电子发射能力强、电子逸出功低、弹性模量高、蒸气压低，故很早就被用作热电子发射材料。由于钨的特性，使得它很适合用于非熔化极氩弧焊焊接的电极材料。然而，纯钨脆塑转变温度高，加工成形困难，且再结晶温度低，一般所得的电极材料晶粒粗大，严重影响的生产制备成品率。另一方面，为了适应更高的焊接技术要求，必须进一步降低纯钨的电子逸出功，提高其抗烧蚀性能。
[0003]针对上述问题，在金属钨中添加稀土氧化物来刺激它的电子逸出功，使得钨电极的焊接性能得以改善:使电极的起弧性能更好，弧柱的稳定性更高，电极烧损率更小。通常的稀土添加剂有氧化钍、氧化铈、氧化镧、氧化锆和氧化钇等，所得的分别称为钍、铈、镧、锆和钇。钍操作简便，能在超负荷电流下良好工作，现在仍有很多公司使用这种材料，它被视作高质量焊接的一部分。但钍中的氧化钍微量辐射，影响手动焊接技术人员的身体健康。铈钨具有非辐射性，低熔化率，长的焊接寿命，良好的起弧性，然而铈钨在高电流下使用时，氧化物快速移动到高热区，即电极焊接处的顶端，氧化物分布不均匀，导致铈优点不复存在。镧钨机械切割性能好，抗蠕变性能更好，再结晶温度高，延展性好。锆和纯一样，只能在交流环境下进行焊接工作。钇在焊接时，弧束细长，压缩程度大，在中、大电流时其熔深最大。目前还出现了三元甚至多元稀土复合，即将除氧化钍之外的其它稀土氧化物三个或多个一组进行复合添加到钨基体中制成的。这种不具有放射性，内部组元之间电子迁移性能得到平衡，电子逸出功更低，重复起弧容易，寿命长。不管是添加单一氧化物，还是添加三元或多元氧化物，从材料学角度看都是一种组元复合效果，各氧化物颗粒在钨基体中都是以单独的相存在，没有涉及钨的合金化，仍然无法充分发挥的性能，现在亟需一种无辐射、易加工且使用性能更好的钨电极材料。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题之一是，提供一种无辐射、易加工且使用性能更好的钨电极材料。
[0005]为解决以上技术问题，本发明的技术方案是:一种无辐射多元复合稀土钨电极材料，其关键在于:含有氧化镧、氧化锆、氧化钇、氧化镥、铼以及钨，其中每种稀土氧化物占该材料质量百分比为0.5%?1.5%，稀土氧化物总量占该材料质量百分比为2%?3%，合金元素铼占该材料质量百分比为1%?4%,其余为鹤。[0006]本发明所要解决的技术问题之二是，提供一种无辐射、易加工且使用性能更好的钨电极材料的制备方法。
[0007]为解决以上技术问题，本发明的技术方案是:一种无辐射多元复合稀土钨电极材料的制备方法，其特征是:包括以下步骤:
[0008]步骤1:以在材料中所占质量百分比计，按氧化镧、氧化锆、氧化钇和氧化镥每种稀土氧化物含量为0.5%?1.5%，四种稀土氧化物总量为2%?3%，铼为1%?4%，换算成对应的硝酸镧、硝酸锆、硝酸钇、硝酸镥和铼酸铵的量，然后称取这些化合物配置成混合溶液；
[0009]步骤2:以在材料中所占质量百分比计，按钨为93?97%，将对应质量的三氧化钨、蓝钨、钨粉、或者仲钨酸铵粉末加入上述混合溶液中，搅拌均匀，加热干燥获得混合粉末；
[0010]步骤3:首先将上述混合粉末在还原炉中通氢气还原，温度在400°C?600°C，时间为45min?75min，然后将所得的粉末在还原炉中继续通氢气还原，温度在700°C?900°C，时间为45min?75min ;将两次还原后所得混合粉末过筛备用；
[0011]步骤4:在上述还原后的混合粉末充分搅拌均匀后称量500g?2500g填入软膜包套，包套放入冷等静压机压制成圆柱形还条，压制压力设定在1000Kg/cm2?3000Kg/cm2 ；
[0012]步骤5:将压制好的坯条在氢气保护下进行预烧结，烧结温度为1100°C?1300°C，装舟量5根/舟?10根/舟，时间30min?60min ；
[0013]步骤6:将预烧好的坯条置于氢气保护的垂熔烧结设备中，在90%的熔断电流下保温20min,降温冷却；
[0014]步骤7:对垂熔烧结后的坯条进行B203旋锻开坯，开坯温度1500°C?1650°C，之后经中频感应退火、B202旋锻、B201旋锻、拉丝、矫直、切割、抛光和磨光后得到。
[0015]通过实施本发明可取得以下有益效果:所述无辐射多元复合稀土钨电极材料的成分设计充分考虑了多元稀土氧化物复合效应和铼元素的合金化效应，如铼对钨的固溶软化效应，并且首次使用了氧化镥，做到了轻稀土和重稀土元素的优化组合，使得成品无辐射，加工容易，且使用性能更佳。所述无辐射多元复合稀土钨电极材料的制备方法考虑了油压机制备坯条密度分布不均匀的问题，而采用冷静压机压制，增加了坯条致密度和密度均匀性，有效降低了开坯旋锻过程中坯条的开裂，提高了成品率。依照所属制备方法制成的无辐射多元复合稀土钨电极材料的加工性能优异，烧结效果好，垂熔中导电良好，旋锻开坯易加工，无断条、劈裂现象产生。
【具体实施方式】
[0016]一种无辐射多元复合稀土钨电极材料，含有氧化镧、氧化锆、氧化钇、氧化镥、铼以及钨，其中每种稀土氧化物占该材料质量百分比为0.5%?1.5%，稀土氧化物总量占该材料质量百分比为2%?3%，合金元素铼占该材料质量百分比为1%?4%，其余为钨。
[0017]实施例一:
[0018]称取19.93g硝酸镧、26.13g硝酸锆、25.44g硝酸钇、14.28g硝酸镥以及21.6g铼酸铵粉末，配置成混合溶液，将1834.Sg三氧化钨粉末加入，充分搅拌均匀加热干燥后获得混合粉末，将所述混合粉末在温度为400°C的还原炉中通氢气还原45min，然后将所述混合粉末在温度为700°C的还原炉中通氢气还原45min，将两次还原后的混合粉过筛备用。在过筛后的混合粉末充分搅拌均匀后称量500g填入软膜包套，包套放入冷等静压机压制成重500g的圆柱形还条,压制压力设定在1000Kg/cm2。将压制好的还条在氢气保护下进行预烧结，烧结温度为1100°C，装舟量5根/舟，烧结时间为30min，将预烧好的坯条置于氢气保护的垂熔烧结设备中，在90%的熔断电流下保温20mins进行降温冷却。对从垂熔烧结设备中取出的坯条进行B203旋锻开坯，开坯温度1500°C，之后经中频感应退火、B202旋锻、B201旋锻、拉丝、矫直、切割、抛光和磨光后得到。
[0019]实施例二:
[0020]称取19.93g硝酸镧、26.13g硝酸锆、25.44g硝酸钇、14.28g硝酸镥以及21.6g铼酸铵粉末，配置成混合溶液，将1834.Sg三氧化钨粉末加入，充分搅拌均匀加热干燥后获得混合粉末，将所述混合粉末在温度为500°C的还原炉中通氢气还原60min,然后将所述混合粉末在温度为800°C的还原炉中通氢气还原60min，将两次还原后的混合粉过筛备用。在过筛后的混合粉末充分搅拌均匀后称量1000g填入软膜包套，包套放入冷等静压机压制成重1000g的圆柱形还条,压制压力设定在1500Kg/cm2。将压制好的还条在氢气保护下进行预烧结，烧结温度为1200°C，装舟量8根/舟，烧结时间为50min，将预烧好的坯条置于氢气保护的垂熔烧结设备中，在90%的熔断电流下保温20mins进行降温冷却。对从垂熔烧结设备中取出的坯条进行B203旋锻开坯，开坯温度1580°C，之后经中频感应退火、B202旋锻、B201旋锻、拉丝、矫直、切割、抛光和磨光后得到。
[0021]实施例三:
[0022]称取19.93g硝酸镧、26.13g硝酸锆、25.44g硝酸钇、14.28g硝酸镥以及21.6g铼酸铵粉末，配置成混合溶液，将1834.Sg三氧化钨粉末加入，充分搅拌均匀加热干燥后获得混合粉末，将所述混合粉末在温度700°C的还原炉中通氢气还原75min，然后将所述混合粉末在温度为1000°C的还原炉中通氢气还原75min,将两次还原后的混合粉过筛备用。在过筛后的混合粉末充分搅拌均匀后称量2500g填入软膜包套，包套放入冷等静压机压制成重2500g的圆柱形坯条，压制`压力设定在3000Kg/cm2。将压制好的坯条在氢气保护下进行预烧结，烧结温度为1300°C,装舟量10根/舟,烧结时间为60min,将预烧好的还条置于氢气保护的垂熔烧结设备中，在90%的熔断电流下保温20mins进行降温冷却。对从垂熔烧结设备中取出的坯条进行B203旋锻开坯，开坯温度1650°C，之后经中频感应退火、B202旋锻、B201旋锻、拉丝、矫直、切割、抛光和磨光后得到。
[0023]实施例四与实施例一的区别仅在于:铼酸铵为64.82g，加入的三氧化钨粉末为1796.9g。实施例五与实施例二的区别仅在于:铼酸铵为43.21g，加入的三氧化钨粉末为1796.9g。实施例六与实施例三的区别仅在于:铼酸铵为43.21g，加入的三氧化钨粉末为1796.9g。实施例七与实施例一的区别仅在于:铼酸铵为64.82g，加入的三氧化钨粉末为1778.0g。实施例八与实施例二的区别仅在于:铼酸铵为64.82g，加入的三氧化钨粉末为1778.0g。实施例九与实施例三的区别仅在于:铼酸铵为64.82g，加入的三氧化钨粉末为1778.0g0
[0024]实施例十与实施例七的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为1765.8g蓝钨粉。实施例1^一与实施例八的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为1765.8g蓝钨粉。实施例十二与实施例九的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为1765.8g蓝钨粉。
[0025]实施例十三与实施例七的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为1410g钨粉。实施例十四与实施例八的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为1410g钨粉。实施例十五与实施例九的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为1410g钨粉。
[0026]实施例十六与实施例七的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末和铼酸铵粉末替换为采用1410g钨粉粉末和45g铼粉经过氮气保护酒精湿机械球磨而得到的钨铼预合金粉末。实施例十七与实施例八的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末和铼酸铵粉末替换为采用1410g钨粉粉末和45g铼粉经过氮气保护酒精湿机械球磨而得到的钨铼预合金粉末。实施例十八与实施例九的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末和铼酸铵粉末替换采用1410g钨粉粉末和45g铼粉经过氮气保护酒精湿机械球磨而得到的钨铼预合金粉末。
[0027]实施例十九与实施例七的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为2176.8g仲钨酸铵粉末。实施例二十与实施例八的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为2176.8g仲钨酸铵粉末。实施例二十一与实施例九的区别仅在于:将加入的三氧化钨粉末替换为2176.8g仲钨酸铵粉末。
[0028]对电极使用性能进行了测试。测试项目包括引弧性能试验、抗烧损性能测试和电弧静特性测试。结果与目前国内外工业生产中广泛应用的钍进行了对比。
[0029]各电极材料成分如表1所示:
【权利要求】
1.一种无辐射多元复合稀土钨电极材料，其特征在于:含有氧化镧、氧化锆、氧化钇、氧化镥、铼以及钨，其中每种稀土氧化物占该材料质量百分比为0.5%~1.5%，稀土氧化物总量占该材料质量百分比为2%~3%，合金元素铼占该材料质量百分比为1%~4%，其余为钨。
2.一种无辐射多元复合稀土钨电极材料的制备方法，其特征是:包括以下步骤: 步骤1:以在材料中所占质量百分比计，按氧化镧、氧化锆、氧化钇和氧化镥每种稀土氧化物含量为0.5%~1.5%，四种稀土氧化物总量为2%~3%，铼为1%~4%，换算成对应的硝酸镧、硝酸锆、硝酸钇、硝酸镥和铼酸铵的量，然后称取这些化合物配置成混合溶液； 步骤2:以在材料中所占质量百分比计，按钨为93%~97%，将对应质量的三氧化钨、蓝钨、钨粉、或者仲钨酸铵粉末加入上述混合溶液中，搅拌均匀，加热干燥获得混合粉末； 步骤3:首先将上述混合粉末在还原炉中通氢气还原，温度在400°C飞00°C，时间为45min~75min，然后将所得的粉末在还原炉中继续通氢气还原，温度在700°C、00°C，时间为45 min ^75min ;将两次还原后所得混合粉末过筛备用； 步骤4:在上述还原后的混合粉末充分搅拌均匀后称量500g~2500g填入软膜包套，包套放入冷等静压机压制成圆柱形坯条，压制压力设定在1000 Kg/ cm，3000 Kg/ cm 2 ； 步骤5:将压制好的坯条在氢气保护下进行预烧结，烧结温度为1100°C~1300°C，装舟量5根/舟~10根/舟，时间30 min~60min ； 步骤6:将预烧好的坯条置于氢气保护的垂熔烧结设备中，在90%的熔断电流下保温20min,降温冷却； 步骤7:对垂熔烧结后的`坯条进行B203旋锻开坯，开坯温度1500°C~1650°C，之后经中频感应退火、B202旋锻、B201旋锻、拉丝、矫直、切割、抛光和磨光后得到。
【文档编号】B23K35/32GK103862196SQ201410074969
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月1日 优先权日:2014年3月1日
【发明者】顾进跃, 徐玄, 顾伟华, 袁克艳 申请人:深圳市威勒达科技开发有限公司