激光多层熔覆技术制造钨阴极

熔盐电解法生产稀土金属常采用难熔和抗腐蚀的金属钨作为阴极。钨阴极一般在电解质电解温度1000~1100℃，电解电流5500~6000A，电解电压为10V的工况下工作。一根ø 80mm×780mm钨阴极的使用寿命为6~7个月，钨阴极损耗最严重部位是熔盐液面以上中间部 位，这主要与高温下电极氧化有关。

为了延长钨阴极使用寿命，通常将钨阴极调头安装，把变细的部位放在熔盐液面以下继续使用，但由于同样的原因，6~7个月后整个钨阴极仍然报废，所以使用寿命还是不长。

激光多层熔覆技术是一种功能梯度材料及修复再制造技术，它是指在原熔覆层上预涂覆合金粉末，或直接送粉，再重复一次或多次熔覆的工艺过程，通过多次熔覆来增加熔覆层的厚度，快速零件制造或制备梯度功能新材料。采用这种方法制造钨阴极，需要经过以下过程：

（a）在室温下，清理、打磨钨阴极“缩颈”部位，“缩颈”为待熔的表面部位，将氧化层和腐蚀层清理干净；

（b）涂层材料：碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，其中SiC粒度为-300~350目的高 纯颗粒状粉末、钯颗粒度采用粒度为-140~300目的纯钯粉末、钨粒度为-200~300目纯钨粉；

（c）将体积分数SiC 20%，Pd 0.5%，其余为W的混合粉末用行星式高能球磨机在转速150r/min条件下，在玛瑙罐中球磨10h均匀混合。

（d）使用4kW CO₂激光器、数控工作台，利用HUST-IV型高精度送粉器、同轴送粉喷嘴把混合粉末，在氩气气氛保护下，逐行逐线熔覆在工件表面上；

（e）检测：通过使用千分尺对熔覆前后的尺寸进行检测，熔覆厚度10mm；通过探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、杂质缺陷。

（F）熔覆方法为：光斑直径3.0 mm，激光功率2000W，扫描速度3.0mm/s，送粉率4.5g/min，载粉气流量200L/h，z轴单层行程0.4/mm，共沉积15层。该涂敷层的耐腐蚀速率达到-5.0×10^-4 g•h^-1•cm^-2；在空气中，850℃氧化速率达到0.0007 g /10h。

与常规的钨保护工艺比较，其特点在于采用4kW CO₂激光器在钨阴极“缩 颈”部位逐行逐线熔覆具有一定高温抗氧化，抗腐蚀的碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W混合粉末，从而大幅延长使用寿命。

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