多元复合稀土电子发射材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种多元复合稀土电子发射材料及其制备方法，属粉末冶金领域，该材料为在钨金属基体粉末中添加稀土氧化物制成的复合粉末材料。还提供该材料的制备方法，以钨金属基体粉末、稀土氧化物和硝酸盐为原料；制备混合粉末：将钨金属基体粉加去离子水制成悬浊液；将稀土氧化物和硝酸盐配置成稀土硝酸盐复合溶液；将稀土硝酸盐复合溶液加入到悬浊液中搅拌均匀，加热干燥获得混合粉末；制备复合粉末材料：将混合粉末进行两步氢还原，制得复合粉末材料。该方法制备的多元复合稀土电子发射材料无放射性污染、低氧含量、低杂质含量和稀土成分分布均匀的多元稀土复合粉末，可用于制备烧损小、寿命长的等离子喷涂和氩弧焊用钨电极。
【专利说明】多元复合稀土电子发射材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及粉末冶金【技术领域】，尤其涉及一种多元复合稀土电子发射材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]等离子喷涂具有喷涂材料范围广、适应性强、涂层结合力强等优点，在耐磨、热障、耐腐蚀、绝缘、抗辐射、催化等方面发挥着重要的作用。
[0003]等离子喷涂是在阴极和阳极(喷嘴)之间产生一直流电弧，电弧把导入的工作气体加热电离成高温等离子体，并从喷嘴喷出，形成等离子焰，等离子焰的温度很高，其中心温度可达32000K，喷嘴出口的温度可达16000?20000K。焰流速度在喷嘴出口处可达1000?2000m/s,等离子喷涂电流一般超过500A，高于氩弧焊常规使用电流150-250A。正因为这种高温高速焰流、大电流的使用环境，使得现有钨极寿命仅有40-50h。而且等离子钨极的尺寸较大、形状复杂，因此加工难度大，对材料的要求较高。
[0004]现阶段，由于使用工况和材料尺寸要求严苛，国内外等离子喷枪钨极的材料选用仍沿用铈钨或钍钨，目前使用的等离子喷枪钨极存在以下缺陷:(I)钍钨含放射性元素，力口工、使用过程中对环境和人体造成危害。(2)铈钨电极使用寿命偏低。
【发明内容】
[0005]本发明可以解决现有技术的不足，提供一种多元复合稀土电子发射材料及其制备方法，能制备一种无放射性污染、杂质含量和游离氧含量低，稀土成分分布均匀，适用于制备满足等离子喷涂喷枪应用的电子逸出功低、烧损小的电极材料。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种多元复合稀土电子发射材料，该材料为在钨金属基体粉末中添加稀土氧化物制成的复合粉末材料。
[0007]本发明还提供一种多元复合稀土电子发射材料的制备方法，用于制备本发明的多元复合稀土电子发射材料，包括以下步骤:
[0008]以钨金属基体粉末、稀土氧化物和硝酸盐为原料；
[0009]制备混合粉末:将所述钨金属基体粉放入掺杂锅中，加入去离子水搅拌得到均匀的悬浊液；将稀土氧化物和硝酸盐配置成稀土硝酸盐复合溶液；将所述稀土硝酸盐复合溶液加入到所述悬浊液中搅拌均匀，加热干燥获得混合粉末，混合粉末过80目筛；
[0010]制备复合粉末材料:将所述混合粉末进行两步氢还原:一次还原:将所述混合粉末在氢气还原炉中还原，用露点低于-30°C的纯氢保护，还原温度为550?700°C,还原时间为4?6小时；一次还原后粉末过80目筛,进行二次还原,二次还原采用露点低于_30°C的纯氢保护，还原温度为850?1000°C,还原时间为4?6小时,二次还原后粉末过200目筛，即得到复合粉末材料。
[0011]本发明的有益效果为:该多元复合稀土电子发射材料无放射性污染、杂质含量和游离氧含量低，稀土成分分布均匀，适用于制备满足等离子喷涂喷枪的应用的电子逸出功低、烧损小的电极材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0013]图1为本发明实施例提供的多元复合稀土电子发射材料制备方法流程示意图；
[0014]图2为本发明实施例提供的多元复合稀土电子发射材料的扫描电子显微镜照片；
[0015]图3为本发明实施例提供的多元复合稀土电子发射材料的能谱图。
【具体实施方式】
[0016]下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0017]本发明实施例提供一种多元复合稀土电子发射材料，该材料为在钨金属基体粉末中添加稀土氧化物制成的复合粉末材料。
[0018]上述多元复合稀土电子发射材料中，钨金属基体粉末为仲钨酸铵APT粉末，平均粒度为20?50um。
[0019]上述多元复合稀土电子发射材料中，稀土氧化物占复合粉末材料总重量的百分比为0.5?4.0%，稀土氧化物为氧化镧、氧化铈和氧化钪，其中每种稀土氧化物占复合粉末材料总重量的百分比为0.1?1.5%，只要保证各稀土氧化物的总用量占复合粉末材料总重量的0.5?4.0%即可。
[0020]本发明实施例的多元复合稀土电子发射材料，适用于制备等离子喷枪电极和氩弧焊电极的新型多元复合稀土电子发射材料的原料复合粉末，该复合粉末材料无放射性污染、杂质含量和游离氧含量低，稀土成分分布均匀，适用于制备满足等离子喷涂喷枪的应用的电子逸出功低、烧损小的电极材料。
[0021]本发明实施例还提供一种制备上述多元复合稀土电子发射材料的方法，如图1所示，包括以下步骤:
[0022]以钨金属基体粉末、稀土氧化物和硝酸盐为原料；
[0023]制备混合粉末:将所述钨金属基体粉放入掺杂锅中，加入去离子水搅拌得到均匀的悬浊液；将稀土氧化物和硝酸盐配置成稀土硝酸盐复合溶液；将所述稀土硝酸盐复合溶液加入到所述悬浊液中搅拌均匀，加热干燥获得混合粉末，混合粉末过80目筛；
[0024]制备复合粉末材料:将所述混合粉末进行两步氢还原:一次还原:将所述混合粉末在氢气还原炉中还原，用露点低于-30°C的纯氢保护，还原温度为550?700°C,还原时间为4?6小时；一次还原后粉末过80目筛,进行二次还原,二次还原采用露点低于_30°C的纯氢保护，还原温度为850?1000°C,还原时间为4?6小时,二次还原后粉末过200目筛，即得到复合粉末材料。
[0025]上述多元复合稀土电子发射材料的制备方法，稀土氧化物采用氧化镧(La203)、氧化铈(CeO2)和氧化钪(Sc2O3),所述硝酸盐采用硝酸镧(La(NO3)3.6H20)、硝酸铈(Ce (NO3)3.6Η20)和硝酸钪(Sc (NO3) 3.6Η20)，所述硝酸镧、硝酸铈和硝酸钪的用量分别按还原后复合粉末材料中含有氧化镧、氧化铈和氧化钪的含量称取。
[0026]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0027]本发明实施例提供的多元复合稀土电子发射材料，是一种多元稀土钨电极材料，是在平均粒度为20~50um的仲钨酸铵粉末中添加稀土氧化物制成，稀土氧化物为氧化镧、氧化铈和氧化钪三种氧化物，稀土氧化钨在复合粉末中总的质量比例为0.5~4.0%。
[0028]如图1所示，上述多元复合稀土电子发射材料通过以下步骤制备:
[0029](I)备料:将粒度为20~50um的仲钨酸铵粉末称取配比重量倒入掺杂锅中，加入去离子水搅拌得到均匀的悬浊液；按照还原后钨粉中氧化镧含量为0.5%，氧化铈含量为1%，氧化钪含量为1.5%，称取硝酸镧、硝酸铈、硝酸钪，配置成稀土硝酸盐复合溶液，加入到悬浊液中搅拌均匀，用水浴锅加热干燥获得混合粉末，加热温度120°C，将干燥后的混合粉末过80目筛；
[0030](2)一次还原:一次还原在氢气还原炉中进行，每舟容积为500cm3,每舟装料500g,还原温度为550°C,还原时间为4小时,用露点低于_30°C的纯氢保护,还原后的粉末过80目筛；
[0031](3) 二次还原:二次还原在氢气还原炉中进行，将一次还原过筛后粉末装舟，每舟容积为500cm3，每舟装料500g，还原温度为850°C，还原时间为4小时，用露点低于_30°C的纯氢保护，还原后的粉末过200目筛。
[0032]按照上述实施例所得到的稀土钨电极复合粉末即为多元复合稀土电子发射材料，如下表1所示为上述实施例所得稀土钨电极复合粉末的性能测试结果:
[0033]表1
【权利要求】
1.一种多元复合稀土电子发射材料，其特征在于，该材料为在钨金属基体粉末中添加稀土氧化物制成的复合粉末材料。
2.根据权利要求1所述的多元复合稀土电子发射材料，其特征在于，所述钨金属基体粉末为仲钨酸铵APT粉末，平均粒度为20?50um。
3.根据权利要求1所述的多元复合稀土电子发射材料，其特征在于，所述稀土氧化物占所述复合粉末材料总重量的百分比为0.5?4.0%。
4.根据权利要求1、2或3所述的多元复合稀土电子发射材料，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化镧、氧化铈和氧化钪，其中每种稀土氧化物占所述复合粉末材料总重量的百分比为0.1?1.5%O
5.—种多兀复合稀土电子发射材料的制备方法,其特征在于,用于制备权利要求1至4任一项所述的多元复合稀土电子发射材料，包括以下步骤: 以钨金属基体粉末、稀土氧化物和硝酸盐为原料； 制备混合粉末:将所述钨金属基体粉放入掺杂锅中，加入去离子水搅拌得到均匀的悬浊液；将稀土氧化物和硝酸盐配置成稀土硝酸盐复合溶液；将所述稀土硝酸盐复合溶液加入到所述悬浊液中搅拌均匀，加热干燥获得混合粉末，混合粉末过80目筛； 制备复合粉末材料:将所述混合粉末进行两步氢还原:一次还原:将所述混合粉末在氢气还原炉中还原，用露点低于-30°C的纯氢保护，还原温度为550?700°C,还原时间为4?6小时；一次还原后粉末过80目筛,进行二次还原，二次还原采用露点低于_30°C的纯氢保护,还原温度为850?1000°C,还原时间为4?6小时,二次还原后粉末过200目筛，即得到复合粉末材料。
6.如权利要求5所述的多元复合稀土电子发射材料的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物采用氧化镧、氧化铈和氧化钪，其中每种稀土氧化物占所述复合粉末材料总重量的百分比为0.1?1.5%。
7.如权利要求5所述的多元复合稀土电子发射材料的制备方法，其特征在于，所述 所述硝酸盐采用硝酸镧、硝酸铈和硝酸钪，所述硝酸镧、硝酸铈和硝酸钪的用量分别按还原后复合粉末材料中含有氧化镧、氧化铈和氧化钪的含量称取。
【文档编号】C22C27/04GK103769581SQ201410059760
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】章德铭, 崔云涛, 张曙光, 任先京, 彭鹰, 王芦燕 申请人:北京矿冶研究总院, 北矿新材科技有限公司