SPS燒結制取多元稀土鎢電極

鎢電極是惰性氣體保護焊和等離子焊接、切割、噴塗等設備中使用的關鍵材料，目前使用較多的是釷鎢電極(含ThO₂)和鈰鎢電極(含CeO₂)，此外還有少量使用鑭鎢電極和釔鎢電極。

幾種稀土鎢電極材料均有各自的優點與缺點：釷是放射性元素，鈰鎢電極的加工性能好，但在使用時引弧困難、焊接過程中容易斷弧、鑭鎢電極在中小電流工作時電弧比較穩定，但是隨著電流的增大燒損嚴重。釔鎢電極在大電流工作時電極的抗燒損性能好，但在小電流使用時電弧不穩定，且加工性能差。

此外，目前稀土鎢電極在生產過程中普遍使用傳統的垂熔燒結工藝，在此過程中電能轉化的熱能90％以上被流動的氫氣和熱輻射的方式散失；並且垂熔燒結時鎢條兩端溫度低，燒結後達不到後續塑性加工的緻密度要求，在塑性加工前需切除端部約3％的材料，造成稀土和鎢資源以及能源的雙重浪費。

有鑑於此，改進工作勢在必行，有學者創新了一種新型高耐耗多元稀土鎢電極材料，以多種稀土元素代替具有放射性的釷，同時添加改善塑性加工性能的Re₂O₃和SPS新工藝的採用，不僅使電極材料的焊接性能達到或超過釷鎢電極，而且解決了高含量稀土鎢材料加工困難、成材率低的難題。

工藝使用“ATP摻雜+還原+SPS燒結+塑性加工”方法制取的符合稀土鎢電極材料，其主要過程如下：

新型高耐耗多元稀土鎢電極其組分含有Re₂O₃、La₂O₃、 Ceo₂、Y₂O₃四種稀土氧化物，其餘為W，以重量百分比計，稀土氧化物總含量 為1.0～3.0％，其氧化物成分間重量比例為Re₂O₃∶La₂O₃∶Ceo₂∶Y₂O₃＝1∶2∶2∶6。

(1)摻雜、還原；將稀土硝酸鹽和去離子水配成溶液，以霧狀形式加入到 APT粉末中烘乾後經600～650℃和850～1000℃溫度下的兩次氫還原，制得鎢粉；一次還原使用四管爐，爐內最高溫度為650℃，氫氣流量為5.0m3/h，推 舟速度為30分/舟，裝舟量為2000克；二次還原使用13管爐，氫氣流量為 1.4m3/h，推舟速度為40分/舟，裝舟量為2000克，還原溫區最高溫度為880 ℃；

(2)SPS燒結，鎢粉通過SPS燒結，後經旋鍛和拉拔形成各種規格的電極， 其中開坯溫度為1600～1650℃，中間經一次退火處理；不需要壓型和預燒，燒結過程中，燒結壓力為20MPa， 重量為1.0Kg，燒結密度為17.8～18.2g/cm2，SPS設備為3000KWh，高溫燒結時 間為3分鐘，單位產品能耗為18KWh。

SPS燒結即等電離子燒結技術是近年來發展起來的一種快速、低 溫、均質、高緻密度的利用通斷直流脈衝電流直接通電燒結的加壓燒結方法。

(3)磨光、檢驗。

採用稀土鎢電極中多種稀土元素組合代替釷，徹底解決了釷鎢電極產生、使用和廢棄後對環境和人體健康的污染及危害。材料中添加改善塑性加工性能的Re₂O₃，不僅電極材料的焊接性能達到或者超過釷鎢電極，而且Re₂O₃ 的加入和SPS燒結工藝的採用，解決了高含量稀土鎢材料加工困難、成材率低的難題，傳統工藝生產電極的產品成材率為86.1％，SPS燒結工藝成材料達到 93.73％，遠遠高於當前的釷鎢水準。且該工藝制得的複合稀土鎢電極，較同型號的鎢電極相比，逸出功低於釷鎢電極，起弧穩定，弧性良好，耐耗性提高28％，完全可以代替同類型的釷鎢焊接電極。

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