用粉末冶金和金屬塑性加工的方法生產鎢中含有一定量氧化鈰(≤4％)的電極材料。鈰鎢電極材料是一種非放射性電極材料，它是20世紀50年代以來為了取代放射性釷鎢電極材料而逐步發展起來的。這種電極材料在惰性氣體保護電弧焊和等離子焊接、切割等方面得到了廣泛應用。

釷鎢電極始用於20世紀50年代初期，它是在鎢中加入≤3％的氧化釷。這種材料具有高的電子發射能力，耐燒損性和起弧性能良好；但是，由於釷是放射性元素，在生產、貯藏和使用過程中容易產生放射性污染，危害人體健康，因而從50年代中期開始，人們就開展了代釷材料的研究工作。1956年，美國路易士(A．Louis)進行了在金屬鎢粉中直接加入0．5％～3．0％氧化鈰粉末的試驗，然後通過壓坯、垂熔、旋轉鍛造制出焊接用電極。兩年後，他將氧化鈰含量減少到0．01％～0．30％，使加工性能得到改善。1965年美國赫爾曼(J．Hermann)採用極細的純鎢粉壓制成生坯，將此生坯或經過預燒的坯條浸泡在稀土金屬鹽類的溶液中，通過滲吸來實現摻雜，隨後燒結，並按常規方法旋鍛至所需直徑。1967年，羅蒙諾夫(V．N．Romonov)研製了含氧化鈰1％的鈰鎢材料，其製備工藝是：在800～850℃下將仲鎢酸銨煆燒成三氧化鎢，然後將鈰的硝酸鹽或氧化物水溶液摻入三氧化鎢懸浮液中，再把摻雜好的三氧化鎢用氫氣一次還原成鎢粉。加乙醇和甘油混合劑後，在600MPa壓力下壓成9mm×9mm×400mm的坯條，經過預燒和垂熔後，坯條中CeO2含量為0．87％，旋鍛加工時，其加熱溫度為1475～1500℃。


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在鎢中加入氧化鈰，生產鈰鎢電極。具體資料如下：

牌號 摻雜物 摻雜量 其他摻雜量 電子逸出功 色標塗頭
碳化鎢0 氧化鈰2 1.80~2.20% <0.20% 2.7~2.8 灰色

鈰鎢比釷鎢材料有如下優點：

*非輻射性 *低熔化率 *長的焊接壽命 *良好的起弧性。因此，鈰鎢是低電流焊接環境下釷鎢的最好代替品。
鈰鎢電極主要應用在低電流的直流焊接。

鈰鎢在低電流下有著極佳的起弧性能，因而成為大多有軌管道焊接裝備製造商的標準，此外，它也用於其他的低電流應用像是精小的部件焊接等。

鈰鎢並不適合於高電流條件下的應用，因為在這種條件下，氧化物會快速的移動到高熱區，即電極焊接處的頂端，這樣對氧化物的均勻度造成破壞，因而由於氧化物的均勻分佈所帶來的上述好處將不復存在。


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鈰鎢電極的優點

鈰鎢電極的優點是無輻射，熔化率低，使用壽命長。鈰鎢電極是在低電流焊接下最好的產品同時也用於其他低電流如微小的和複雜的零件的焊接。鈰鎢電極具有鎢的性能以及這種電極的環境價值，鈰鎢電極頭的顏色是灰色。

鈰鎢電極與釷鎢電極相比有如下優點：釷鎢電極有輕微的輻射，它們要在高電流情況下才能夠運行。然而，鈰鎢電極是屬於非輻射的焊接材料，並可以在低電流下運行。

鈰鎢電極可以代替釷鎢電極。鈰鎢電極的另一個化學性質是，它們的陰極斑點小，壓降，不燃燒，所以在氬弧焊接中是最廣泛使用的。

鈰鎢電極的用途

適用於直流電或交流電焊接，尤其在小電流下對有軌管道、細小精密零件的焊接效果最佳。主要應用於碳鋼、不銹鋼、矽銅、銅、青銅、鈦等材料的焊接，但是有輕微的放射性污染。


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鈰鎢電極的特性

鈰鎢電極在20世紀80年代早期就介紹了到美國，作為一種非放射性鎢電極來替代釷鎢。通常鈰鎢電極裏面含有2%的氧化鈰。眾所周知，鈰鎢電極在低電壓下，適合直流焊接，因為在低電壓下容易起弧，在工作時比釷鎢要低10%。用於管道焊接，鈰鎢電極是最流行的，也通常用來焊接細小部件。和純鎢電極相比，鈰鎢電極有更低的燃燒率或蒸發率。隨著氧化鈰含量的提高，這些優點也提高。鈰具有最高的遷移率，因而在開始焊接的時候，焊接性能非常優良。隨著時間推移，由於晶粒長大，遷移率會顯著降低。然而在低電壓下，壽命比釷鎢電極更長。正是由於這些特性，通常有利於短週期焊接或者具體的焊接量，然後才能更換電極。高電流、電壓焊接最好使用釷鎢電極或者鑭鎢電極。鈰鎢電極（EWCe-2）成功用於直流或者交流電上，然而主要還是用於直流電焊接，因為在交流焊接時，容易劈裂。

鈰鎢電極的包裝要求：10只/塑膠盒，長度是150mm或175mm,1000只每紙箱。


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鑭鎢電極目前已經是國際上最受歡迎的電極材料，尤其是含量為1.5％（與含量2.0％有區別）的鎢鑭電極。科學研究表明，1.5％鑭鎢具有最接近2.0％鎢釷所表現出來的導電性能，因此，焊接人員可以輕鬆的更換電極，而不用更換設備的參數。在1998年有一個很著名的現場試驗，就是將2.0％釷鎢電極，2.0％鎢鈰電極和兩家廠商提供的1.5％鑭鎢電極分別在70安和150安電流，300伏直流電環境下進行焊接任務，果就是，在這兩種情況下，1.5％鑭鎢電極都表現出了其卓越的焊接性能，同時還體現了它的燒傷率小的特點。鑭鎢電極也適用於交流電焊接任務，而且性能卓越。

鑭鎢電極因其具有良好的焊接性能而在國際焊接界備受關注。鑭鎢電極的導電性能最接近WT20釷鎢電極。因此，電焊工不需要改變任何焊接操作程式就能方便快捷的用這種電極替代釷鎢電極。這種轉變，不管是在交流條件下還是在直流條件下都輕鬆自如。鑭鎢電極另一優點表現在其耐用電流高而燒損率最小。


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镧钨电极的制造方法，涉及一种主要用于ＴＩＧ（钨极惰性气体保护焊）和ＰＬＡＳＭＡ（等离子）技术领域，进行金属的焊接、切割、喷涂、熔炼等的一种钨电极的制造方法。其特征在于：ａ、采用醋酸镧与包括ＡＰＴ、三氧化钨和钨粉的固体原料加水制成的料浆混合均匀，制备镧钨包覆粉；ｂ、镧钨包覆粉中镧盐的分解过程是在氢气气氛中进行。本发明的方法可使镧盐分解更加充分，明显改善了垂熔过程中方料的导电性能，并且使镧盐的分解与还原过程在同一设备中同时进行，减化了工艺，可有效地减少了工时、节约了能源。

镧钨电极在交流电焊接中表现出色。同时，因为在焊接过程中电极末端呈球状，抗污染能力很强，非常适用于焊缝不得受严重污染的场合。镧钨电极是百十年代欧洲国家推出的一类产品，目的是期望替代具有辐射性的钍钨电极。一经推出，镧钨电极便受到国际各焊接界的好评，并且其出口量已经跟钍钨电极相当。镧钨电极特点是导电性能最接近2%钍钨电极，耐用电流高而烧损率最小。

镧钨电极含有氧化镧成分，氧化镧分为2%、1.5%、1%三种等级。镧是一种稀土，，且没有放射性，所以镧钨电极是被称为取代钍钨电极的产品。镧钨电极主要适用于直流焊接，交流焊接也可以起到不错效果。1.5%镧钨电极，低电流下容易起弧而且能稳定低电流下的电弧。2%的镧钨电极寿命比钍钨更长，在大多数使用中起弧更易。尤其擅长(a)防止热冲击，(b)短周期焊接中重复点火的情况下，焊接良好(c)避免污染。


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為了制取電性能優良且無放射性污染的鎢電極，在三氧化鎢粉中添加氧化鑭，經還原、垂熔、旋鍛、拉伸制得Φ２．７ｍｍ的鑭鎢電極與同規格的鈰鎢、釷鎢電級進行了電性能比較，同時用掃描電鏡，測定了電性能試驗後鑭鎢、鈰鎢電極鑭、鈰含量的分佈情況及顯微組織。結果表明：鑭鎢電極的電性能明顯優於鈰鎢、釷鎢電極；鑭鎢中的氧化鑭的遷移速率、蒸發速率低，能形成較好的燕尾搭接組織，具有高溫抗蠕變性能。

鑭鎢電極製造的方法與採用硝酸鑭製備鑭鎢包覆粉的方法相比，共同點是隨著還原時間的延長，其鑭鎢包覆粉的平均粒度長大。而硝酸鑭受還原時間的影響更為敏感，平均粒度增大範圍寬。本發明的方法，鑭鎢包覆粉受還原時間影響的粒度波動範圍則較小，在一定的時間內粒度範圍基本趨於一致。這兩種不同的方法，都是最終以La2O3的形式包覆在鎢基中，起著細化晶粒的作用，但由於它們各自分解溫度上的差異，必然導致結果上的差異。本發明的方法，在特定的工藝條件下，粉末粒度範圍波動較小，且符合壓制、預燒工藝要求，可有效地減化工藝，有利於消除氮氧化物有害氣體的污染，是一種較為理想的鑭鎢電極的製備方法。


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例1.

取APT粉1000克，加入1000克水，攪拌均勻，加入鑭酸鑭60克，繼續攪拌均勻後，用蒸汽加熱濃縮、乾燥後，過篩得到鑭鎢包覆粉。將制得的鑭鎢包覆粉裝舟，放入通有氫氣的還原爐內，升溫進行一次還原，溫度為600℃，還原時間為2小時。再繼續溫至800℃進行二次還原，還原時間控制在3.5小時，過程中氫氣流量為0.5m3/h。然後鑭鎢包覆粉加入酒精、甘油潤滑劑混合1小時後過篩、壓制、預燒、壓制、預燒工藝條件為：裝粉量：650-700g/根，壓制預燒壓力：60～80MPa，燒結溫度：1050～1400℃，燒結時間：40～60分鐘。然後採用常規的垂熔燒結工藝，工藝條件如下：垂熔溫度：2600～3000℃，保溫時間：20分鐘，降溫時間：2分鐘，冷卻時間：3分鐘。最後進行成品加工，垂熔後的方坯檢驗合格後，將合格的料坯，放入帶有氫氣保護的加熱爐內，接樣品的工藝要求溫度保溫20分鐘，按要求進行旋鍛，然後加工至所需的不同規格成品。

例2.

取鎢粉700克，加入700克水，攪拌均勻，加入鑭酸鑭55克，繼續攪拌均勻後，用蒸汽加熱濃縮、乾燥後，過篩得到鑭鎢包覆粉。將制得的鑭鎢包覆粉裝舟，放入通有氫氣的還原爐內，升溫進行一次還原，溫度為650℃，還原時間2小時。再繼續溫至900℃進行二次還原，還原時間控制在4小時，過程中氫氣流量為0.5m3/h。其他條件同例1。

例3.

取三氧化鎢粉850克，加入850克水，攪拌均勻，加入鑭酸鑭58克，繼續攪拌均勻後，通過蒸汽加熱濃縮、乾燥後，過篩得到鑭鎢包覆粉。將制得的鑭鎢包覆粉裝舟，放入通有氫氣的還原爐內，升溫進得一次還原，溫度為670℃，還原時間2.5小時。繼續溫至970℃進行二次還原，還原時間控制在5小時，過程中氫氣流量為0.5m3/h。其他條件同例1。


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在鎢中摻雜氧化釷，生產釷鎢電極。具體資料如下表：

牌號摻雜物摻雜量色標塗頭

WT10 ThO2 0.90~1.20% 黃色
WT20 ThO2 1.8~2.2% 紅色
WT30 ThO2 2.80~3.20% 紫色
WT40 ThO2 3.80~4.20% 桔黃色

與純鎢材料相比，釷鎢有如下特點：

*電子功能更低 *在結晶溫度更高 *導電率更好 *機械切割性能好。

釷鎢電極一種普遍使用的鎢電極材料，它有比純鎢還要優越的焊接性能，因而廣泛應用於直流電焊接領域。

釷鎢電極操作簡便，即使在超負荷的電流下也能很好的運作。

雖然如此，人們還是逐漸的將目光轉到其他類型的鎢電極，例如鎢鈰和鎢鑭，這不僅僅是因為它們在大部分應用領域都表現出卓越的性能，而且，重要的是它們沒有輻射傷害。由於釷鎢電極中的氧化釷產生微量的輻射，使得部分焊接人員不願意靠近它們。

在使用釷鎢電極焊接時一定要保持良好的通風環境，廢棄的焊接頭要妥善處理。


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由鎢和二氧化釷所組成的鎢合金，簡稱釷鎢。常用合金的二氧化釷含量在0.7％～2％之間。二氧化釷熱穩定性好，大大提高鎢合金的高溫強度、再結晶溫度和高溫蠕變性能，釷還進一步降低鎢的電子逸出功，增強合金的熱電子發射能力。鎢釷合金的制取類似於摻雜鎢絲。鎢釷合金絲作為高熱電子發射性的燈絲和陰極廣泛用於電子管中，鎢釷合金棒則作為各種電弧焊接、切割和引發電弧的電極材料。鎢釷合金的一個重要缺點是二氧化釷含有一定的放射性，在加工和使用時引起放射性污染。

釷鎢電極具有放射性,其生產和使用過程中污染環境危害人類身體健康,因此需要新型電極產品加以替代,稀土鎢電極焊接性能優良一直作為釷鎢電極的替代產品而倍受關注,回顧課題組在稀土鎢電極的研究歷程,經過對單元稀土鎢電極、二元複合稀土鎢電極、三元複合稀土鎢電極的研究,目前通過與北京鎢鉬材料廠合作,共同突破了多元複合稀土鎢電極的工業化生產技術,實現了該類電極批量生產。


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