鑭是一種化學元素，它的化學符號是La，它的原子序數是57，屬於鑭系元素，為稀土金屬中最活潑的金屬，在空氣中很容易氧化。鑭在獨居石礦中約占稀土總量的25%。銀白色的軟金屬，有延展性。能與水作用。易溶於稀酸。在空氣中易氧化；加熱能燃燒，生成氧化物和氮化物。在氫氣中加熱生成氫化物。它是稀土元素中第二個最豐富的元素，常與其他稀土元素一起存在于獨居石中、氟碳鍶鑭礦中。它是鈾、釷或鈈裂變的放射性產物之一。它能賦予玻璃特殊的折光性能，使玻璃具有較高的折射率。 鑭的製備一般由水合氯化鑭經脫水後，用金屬鈣還原，或由無水氯化鑭經熔融後電解而制得。常用來製造昂貴的照相機鏡頭。138La是放射性的，半衰期為1.1×1011年，曾被試用來治療癌症。

鑭鎢電極是歐洲國家在八十年代推出的企望替代釷鎢產品的改良品種，一經推出，以其優良的焊接性能在國際焊接界倍受關注並非常流行，尤其受到歐洲焊接學院派的追捧，因為這個原因，鑭鎢電極的出口量僅次於釷鎢，而在國內市場認知度並不高。其特點是導電性能最接近2%釷鎢電極，耐用電流高而燒損率最小。


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鈰是一種化學元素，它的化學符號是Ce，原子序數58，原子量140.115，屬於鑭系元素，也是稀土元素之一。元素名來源於小行星穀神星的英文名。1803年德國化學家克拉普羅特、瑞典化學家貝采利烏斯分別發現了鈰的氧化物。鈰的天然穩定同位素有4種：鈰136、138、140、142。鈰在地殼中的含量約0.0046%，是稀土元素中豐度最高的。灰色軟金屬。在獨居石中占稀土總量的40%以上。鈰化學性質活潑，在空氣中用刀刮即著火，溶於酸，不溶於堿。 鈰為鐵灰色金屬，有延展性，熔點799°C，沸點3426°C，密度6.657克/釐米³。鈰是除銪外稀土元素中最活潑的。鈰在室溫下很容易氧化；在冷水中緩慢分解，在熱水中反應加快；大多數鈰鹽及其溶液為橙紅色到橙黃色，具有反磁性和強氧化性。二氧化鈰用於拋光精密玻璃製品，也可做玻璃去色劑和用於生產有色玻璃，硝酸鈰用於製造白熾燈罩。

鈰鎢電極是在鎢基中添加稀土氧化鈰經過粉末冶金和壓延磨拋工序製作而成的鎢電極產品，是我國最早生產的無放射性鎢電極產品，該產品的特點是在低電流條件下有著優良的起弧性能，維弧電流較小。因此，它常用於管道，不銹鋼製品和細小精密部件的焊接。在低電流直流條件下或電極直徑在2.0mm以下，鈰鎢電極是釷鎢電極的首選替代品。


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隨著焊接材料工業的不斷進步與發展，對電極材料的可靠性和穩定性提出了更為苛刻的要求。多元稀土氧化物以其高熔點，低電子逸出功，優良的熱電子發射性能，成為代替釷鎢的主要材料，並在小規格焊接用鎢電極方面成功地取代了釷鎢；但在交流氬弧焊時仍存在引弧較差、使用壽命短等不足之處。一般來說，複合稀土鎢電極的燃弧特性均優於單元稀土鎢電極，而複合稀土鎢電極中，三元複合又好于二元複合。

世紀80年代後期，一批日本學者在研製新型鎢電極材料方面取得了一些進展，特別是研究了一系列複合稀土鎢電極材料。在電極成分設計、性能比較和機理探討方面做了大量工作，發現二元複合稀土能改善鎢電極的性能。大阪大學的學者們對複合(二元、三元)的稀土鎢電極也進行了研究，初步研究表明：對二元稀土鎢電極而言，氧化鈰：氧化釔=1：3(鎢-氧化鈰=0．5％，鎢-氧化釔=1．5％)；二氧化鈰：氧化鑭=1：1；氧化鑭：氧化釔=1：3，這三種成份的鎢電極性能較為突出，尤其是耐久性，其中1：3的(氧化鑭+氧化釔)鎢電極燃弧4h(180A)仍具良好的性能，燃弧10h的性能耐久性也可接受，這比單元稀土鎢電極的耐久性要強得多。對於三元稀土鎢電極來說，最佳的稀土氧化物比例是氧化鈰：氧化鑭：氧化釔=1：1：3，這種電極的良好操作性能可持續10h(180A)，較其他二元電極和單元鎢-氧化鑭電極(10h熔化嚴重)的端部形狀保持得更好。在複合稀土氧化物鎢電極中，此類電極的工作溫度最低，發射效率最高：電子逸出功最低，即發射本領最高，綜合性能較為突出。北京工業大學和北京鎢鉬材料廠合作研究二元複合稀土鎢電極，以及三元複合稀土鎢電極，認為複合鎢電極的焊接電弧和工藝均優於單稀土鎢電極和釷鎢電極。


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不銹鋼焊條純鎢的熔點高（3650K）、電子發射能力強、彈性模量高、蒸汽壓低，最早被用作電子發射材料，但純鎢的發射效率很低，並且在高溫下再結晶形成等軸狀晶粒組織會變脆，易斷裂。為了克服上述缺點，各國材料工作者致力於研究和開發各種新型電極材料，以鎢為基，摻雜一些高熔點、電子逸出功率低的稀土金屬氧化物，即可提高再結晶溫度，又能啟動電子發射。但是，在以稀土鎢電極為研究方向的基礎上，儘管已經取得了一些成就，但從目前的全球市場來看，鎢電極的替換使用仍然任重而道遠。

在我國90年代，為了制取性能優良且無污染的鎢電極，在三氧化鎢粉末中添加氧化鑭，經過還原、壓制、垂熔、旋鍛、拉伸制得了鑭鎢電極。經分析，鑭鎢電極的電性能明顯優於鈰鎢和釷鎢電極，鑭鎢中的氧化鑭的遷移速率和蒸發速率低，能形成較好的燕尾搭接金相組織，具有良好的高溫抗蠕變性能。採用高能球磨和真空熱壓燒結工藝製備出塊體納米晶鎢-氧化鑭電極材料，研究了不同氧化鑭含量對納米晶鎢電極材料電性能的影響，同時用掃描電鏡和能譜儀測定了燃弧後電極尖端La的分佈及顯微組織。結果表明：納米晶鎢-氧化鑭電極的電性能優於傳統的粉末冶金粗晶鎢電極。當氧化鑭含量在6％～8％時，其熱電子發射能力和穩定性最好，但是隨著稀土氧化鑭含量的增大，鑭鎢電極的成型性和加工性更加困難。


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不銹鋼焊條純鎢的熔點高（3650K）、電子發射能力強、彈性模量高、蒸汽壓低，最早被用作電子發射材料，但純鎢的發射效率很低，並且在高溫下再結晶形成等軸狀晶粒組織會變脆，易斷裂。為了克服上述缺點，各國材料工作者致力於研究和開發各種新型電極材料，以鎢為基，摻雜一些高熔點、電子逸出功率低的稀土金屬氧化物，即可提高再結晶溫度，又能啟動電子發射。但是，在以稀土鎢電極為研究方向的基礎上，儘管已經取得了一些成就，但從目前的全球市場來看，鎢電極的替換使用仍然任重而道遠。

1913年平奇(Pintsch)發現了鎢-二氧化釷電極材料，在純鎢中添加2%（品質分數）左右的二氧化釷，其逸出功率降低近一半而減小至2.63eV（純鎢為4.55eV），大大提高了發射效率，可達50mA/W~70mA/W（經碳化的純鎢電極只有25mA/W~40mA/W）.而且鎢-二氧化釷的引弧和穩定性能也比純鎢大大提高。但是釷屬於天然放射性元素，其α射線的半衰期長達1.4×1014年，在生產和使用中的放射性污染對環境和人體健康造成危害；日益高漲的環保意識限制了它的發展，而且鎢-二氧化釷電極的電弧穩定性和耐久性也不能滿足日益發展的焊接技術的需求，因此各國材料工作者都一直在進行研究和開發新的代釷鎢電極材料。


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不銹鋼焊條純鎢的熔點高（3650K）、電子發射能力強、彈性模量高、蒸汽壓低，最早被用作電子發射材料，但純鎢的發射效率很低，並且在高溫下再結晶形成等軸狀晶粒組織會變脆，易斷裂。為了克服上述缺點，各國材料工作者致力於研究和開發各種新型電極材料，以鎢為基，摻雜一些高熔點、電子逸出功率低的稀土金屬氧化物，即可提高再結晶溫度，又能啟動電子發射。但是，在以稀土鎢電極為研究方向的基礎上，儘管已經取得了一些成就，但從目前的全球市場來看，鎢電極的替換使用仍然任重而道遠。

鈰鎢是為了取代具有放射性污染的釷鎢材料而發展起來的新型鎢電極材料，前蘇聯在上世紀60年代已有研製新型電極材料的報導，我國上海燈泡廠在1973年開始研究W-CeO2電極，首先試製成功並應用，並已被國際標準化組織列入非熔化極標準中。目前國外大多採用純鎢粉與鈰化合物直接混合的方法制取鈰鎢粉末。國內則通過採用藍鎢濕法摻雜二氧化鈰，一次性還原、酸洗、等靜壓成型、軋製開坯等工藝所研製的鈰鎢電極，經檢測和使用表明，所研製的鈰鎢粉末純度高，壓制性能和燒結性能好；鈰鎢坯的鈰含量均勻，加工性能良好。電極一致性好，起弧性能佳，贏得了用戶的廣泛好評。實踐證明，鈰鎢電極在小規格焊接用鎢電極方面成功取代了釷鎢，但在交流氬弧焊電極、氣體放電光源等方面尚不能完全取代釷鎢，而且鈰鎢電極還存在引弧較差，使用壽命較短等不足之處。


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７０年代上海燈泡廠研製成鈰鎢電極，隨後實現了工業化。稀土金屬鈰比釷（Ｔｈ）具有更高的電子發射功能，又屬於非放射性元素。製成的電弧應用性能對比結果：２％鈰鎢優於日本２％釷鎢，４％的鈰鎢優於２％的鈰鎢（無４％釷鎢電極），具體表現為：電弧壓縮性高，電弧細長穩定，能量集中，起弧電源或電壓低，斷弧間距大，使用壽命成倍提高。４％鈰鎢電極的應用，攻克了棉紡品防縮處理用“阻尼防縮機中關鍵部件阻尼棍子”等離子熱噴塗的表面光潔度難關，打破了外商的壟斷，使針棉織創匯價值大大提高。地質部科研用的鉑箔筒封口技術，要求不使筒內液體化學物質揮發減量的難題，也是借助４％鈰鎢電極才解決。

水電部已規定，凡一萬千瓦以上發電機組必須用上海燈泡廠的鈰鎢電極焊接，以保證品質。國防用雷射器件採用鈰鎢電極後壽命從原來用釷鎢電極的十多分鐘，提高到數百小時，能量負載及光效也提高，解決了臨戰實用問題。１９８２年我國海上導彈試驗時，國產雷射器性能超過外國同類器件，其中鈰鎢電極顯示了巨大的作用。此外在航標燈、飛機道路燈、眼底螢光照相燈、照明排版燈等１４０餘種氣體放電光源中應用取得了良好效果。目前，２％鈰鎢電極已列入了國際標準，我國也制定出鈰鎢電極國家標準，使我國首先在國際上形成能取代國際標準中釷鎢系列中添加１％、２％、３％、４％的非放射性鈰鎢電極標準。


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鈰鎢電極是在鎢基中添加稀土氧化鈰經過粉末冶金和壓延磨拋工序製作而成的鎢電極產品，是我國最早生產的無放射性鎢電極產品，該產品的特點是在低電流條件下有著優良的起弧性能，維弧電流較小。因此，它常用於管道，不銹鋼製品和細小精密部件的焊接。在低電流直流條件下或電極直徑在2.0mm以下，鈰鎢電極是釷鎢電極的首選替代品。

牌號、成份、色標、逸出功　　

Model 　　牌號  Added 　　Impurity 　　摻雜質  Impurity 　　quantity% 　　摻雜量% Other Impurities% 　　其

他雜質量% Tungsten%鎢% Electric 　　discharged 　　power 　　電子逸出功  Color 　　sign色標

WC20 CeO2 1.80-2.20 ＜0.20 餘量 　　The rest 2.7-2.8 灰Grey

其優點是鈰鎢極的X射線劑量及抗氧化性能比釷鎢極有較大改善；電子逸出功比釷鎢極約低10%，故引弧更容易，電弧穩定性更好。另外鈰鎢極化學穩定性好，陰極斑點小，壓降低、燒損少等，因此是目前TIG焊中應用最廣的一種鎢極。 常用鎢極的化學成分及牌號 純鎢極 W1 W≥99.92 SiO2≤0.03 Fe2O3Al2≤0.03 Mo≤0.01 CaO 釷鎢極 WTH-7 W餘量 其他雜質成分總的品質分數不大於 0.15%.

鈰鎢極 WCe-20 W餘量 CeO1.8-2.2 SiO2≤0.06 Fe2O3AI2O3≤0.02 Mo≤0.01 CaO≤0.01 鈰鎢極 電子逸出功低，化學穩定性高，允許電流密度大，無放射性，是目前普遍採用的一種電極. 純鎢極 熔點和沸點高，不易融化揮發、燒損，尖端污染少，但電子發射較差，不利於電弧的穩定燃燒。 釷鎢極 電子發射能力強，允許電流密度高，電弧燃燒較穩定，但釷元素具有一定放射性，推廣應用受到一定影響. 鋯鎢極 對必須防止電極污染基體金屬的特殊條件下，可以選用這種鎢極。這電極的尖端易保持半球形，適於交流焊接。


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鈰鎢電極的應用

鈰鎢電極材料除了在氬弧焊、等離子弧焊方面取代釷鎢電極外，在等離子切割、等離子噴塗、等離子熔煉中的應用效果也是令人滿意的。此外，作為鐳射光泵光源，以鈰鎢電極取代釷鎢電極後，使光源的光效提高12％左右，壽命提高5～10倍。在電光源中，對於中小功率氙燈已使用鈰鎢電極，在電真空中，鈰鎢材料作為封接件，具有較好的使用效果。

鈰鎢電極存在的問題及發展趨勢

鈰鎢電極材料雖然在小規格焊接用鎢電極方面成功地取代了釷鎢，但作為交流氬弧焊電極以及大功率氙燈等氣體放電光源方面的陰極材料，鈰鎢電極的使用性能和壽命與釷鎢相比，仍存在忽高忽低的不穩定情況。此外，由於鈰具有較高的蒸汽壓，因而作為電子管陰極材料，尚存在衰減快、穩定性差等問題。因而在這些領域仍在使用釷鎢電極材料。

隨著現代工業的進步和發展，焊接、切割的母材的品種、規格及形狀日趨繁多，而且焊接領域裏正興起自收shou動焊接、高精密焊接等一系列新技術，對電極材料及電弧特性提出了更高更苛刻的要求。釷鎢、鈰鎢電極材料不論是在起弧、穩弧還是在耐燒損性能方面都滿足不了日益發展的焊接技術要求。為此，各國科技工作者正致力於研究新型的電子發射材料。研究表明，在鎢基體中加入鑭或釔等稀土氧化物，可以大大提高鎢的電子發射能力，尤其是鑭鎢電極材料，從小電流到大電流範圍，均具有優良的引弧、穩弧和耐燒損性能。日本在80年代後期已能批量生產稀土鎢電極材料，此後不久，中國也研製成功。可以預料，這種新型的電子發射材料將涉足許多工業領域，用途越來越廣，很有發展前途。


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中國20世紀70年代開始研製鈰鎢電極材料，經過近10年的生產實踐，生產工藝趨於穩定和成熟，80年代初期，在國內和國際上申請了鈰鎢電極材料生產的專利。在生產過程中，如何使摻雜的氧化鈰在鎢基體內分佈均勻和彌散，是提高電極電子發射能力、改善電弧性能、延長使用壽命的重要因素之一。因此，在原料選擇上，通常是採用藍色氧化鎢或三氧化鎢摻雜，並且摻雜劑不是直接採用氧化鈰，而是採用其可溶的鹽類，如硝酸鈰或氯化鈰。以此水溶液作母液，往裏添加三氧化鎢或藍鎢，在加料過程中，不斷加熱攪拌，蒸發濃縮，從而形成包覆粉末。摻雜時也可將硝酸鈰或氯化鈰水溶液噴灑在盛有三氧化鎢或藍鎢粉的特別容器內(邊轉動邊加熱)。摻雜後的粉末必須加熱至一定溫度，使鹽類分解，形成氧化鈰質點，分佈在三氧化鎢或藍鎢粉末顆粒的表面上，再經過氫氣還原，得到W-CeO2粉末。CeO2的含量為1％～4％，根據使用要求選定。摻雜粉末經過壓制成形、預燒、垂熔，得到鈰鎢坯條，其加工工藝見摻雜鎢絲生產，但其旋鍛開坯溫度稍高，為1500～1600℃。

作為電極材料，電子逸出功的高低是筏量材料電子發射性能好壞的一個重要指標。只有具有低的電子逸出功，才能滿足電弧穩定、集中、承載電流密度大的工藝性能要求。實驗證明，鈰鎢電極具有比釷鎢電極更低的電子逸出功(純鎢的電子逸出功為4．55eV，W-2％ThO2為2．7eV，W-2％CeO2為2．4eV)，這種電極材料比釷鎢電極具有更大的優越性。首先，鈰鎢電極的電子發射能力強，容易得到細長的電弧，使熱量更為集中，其許用電流密度比釷鎢電極提高5％～8％。其次，鈰鎢電極的燒損率低，壽命長，引弧和穩弧都易保證。再次，鈰鎢電極放射性劑量極低，僅及釷鎢材料的千分之一左右，相當於大地泥土中的放射劑量。因此採用鈰鎢電極代替釷鎢電極，不僅可以消除生產和使用過程中對人體累積性的內照射危害，並免除對環境的放射性污染，而且在技術性能和使用效果上也能取代釷鎢電極，某些性能甚至比釷鎢材料更優越。


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