鐳射多層熔覆技術製造鎢陰極

熔鹽電解法生產稀土金屬常採用難熔和抗腐蝕的金屬鎢作為陰極。鎢陰極一般在電解質電解溫度1000~1100℃，電解電流5500~6000A，電解電壓為10V的工況下工作。一根ø 80mm×780mm鎢陰極的使用壽命為6~7個月，鎢陰極損耗最嚴重部位是熔鹽液面以上中間部 位，這主要與高溫下電極氧化有關。

為了延長鎢陰極使用壽命，通常將鎢陰極調頭安裝，把變細的部位放在熔鹽液面以下繼續使用，但由於同樣的原因，6~7個月後整個鎢陰極仍然報廢，所以使用壽命還是不長。

鐳射多層熔覆技術是一種功能梯度材料及修復再製造技術，它是指在原熔覆層上預塗覆合金粉末，或直接送粉，再重複一次或多次熔覆的工藝過程，通過多次熔覆來增加熔覆層的厚度，快速零件製造或製備梯度功能新材料。採用這種方法製造鎢陰極，需要經過以下過程：

（a）在室溫下，清理、打磨鎢陰極“縮頸”部位，“縮頸”為待熔的表面部位，將氧化層和腐蝕層清理乾淨；

（b）塗層材料：碳化矽SiC、鈀Pd、純鎢W三種混合粉末，其中SiC細微性為-300~350目的高 純顆粒狀粉末、鈀顆粒度採用細微性為-140~300目的純鈀粉末、鎢細微性為-200~300目純鎢粉；

（c）將體積分數SiC 20%，Pd 0.5%，其餘為W的混合粉末用行星式高能球磨機在轉速150r/min條件下，在瑪瑙罐中球磨10h均勻混合。

（d）使用4kW CO₂雷射器、數控工作臺，利用HUST-IV型高精度送粉器、同軸送粉噴嘴把混合粉末，在氬氣氣氛保護下，逐行逐線熔覆在工件表面上；

（e）檢測：通過使用千分尺對熔覆前後的尺寸進行檢測，熔覆厚度10mm；通過探傷檢測，確保熔覆層無裂紋、氣孔、雜質缺陷。

（F）熔覆方法為：光斑直徑3.0 mm，鐳射功率2000W，掃描速度3.0mm/s，送粉率4.5g/min，載粉氣流量200L/h，z軸單層行程0.4/mm，共沉積15層。該塗敷層的耐腐蝕速率達到-5.0×10^-4 g•h^-1•cm^-2；在空氣中，850℃氧化速率達到0.0007 g /10h。

與常規的鎢保護工藝比較，其特點在於採用4kW CO₂雷射器在鎢陰極“縮 頸”部位逐行逐線熔覆具有一定高溫抗氧化，抗腐蝕的碳化矽SiC、鈀Pd、純鎢W混合粉末，從而大幅延長使用壽命。