SPS烧结制取多元稀土钨电极

钨电极是惰性气体保护焊和等离子焊接、切割、喷涂等设备中使用的关键材料，目前使用较多的是钍钨电极(含ThO₂)和铈钨电极(含CeO₂)，此外还有少量使用镧钨电极和钇钨电极。

几种稀土钨电极材料均有各自的优点与缺点：钍是放射性元素，铈钨电极的加工性能好，但在使用时引弧困难、焊接过程中容易断弧、镧钨电极在中小电流工作时电弧比较稳定，但是随着电流的增大烧损严重。钇钨电极在大电流工作时电极的抗烧损性能好，但在小电流使用时电弧不稳定，且加工性能差。

此外，目前稀土钨电极在生产过程中普遍使用传统的垂熔烧结工艺，在此过程中电能转化的热能90％以上被流动的氢气和热辐射的方式散失；并且垂熔烧结时钨条两端温度低，烧结后达不到后续塑性加工的致密度要求，在塑性加工前需切除端部约3％的材料，造成稀土和钨资源以及能源的双重浪费。

有鉴于此，改进工作势在必行，有学者创新了一种新型高耐耗多元稀土钨电极材料，以多种稀土元素代替具有放射性的钍，同时添加改善塑性加工性能的Re₂O₃和SPS新工艺的采用，不仅使电极材料的焊接性能达到或超过钍钨电极，而且解决了高含量稀土钨材料加工困难、成材率低的难题。

工艺使用“ATP掺杂+还原+SPS烧结+塑性加工”方法制取的符合稀土钨电极材料，其主要过程如下：

新型高耐耗多元稀土钨电极其组分含有Re₂O₃、La₂O₃、 Ceo₂、Y₂O₃四种稀土氧化物，其余为W，以重量百分比计，稀土氧化物总含量 为1.0～3.0％，其氧化物成分间重量比例为Re₂O₃∶La₂O₃∶Ceo₂∶Y₂O₃＝1∶2∶2∶6。

(1)掺杂、还原；将稀土硝酸盐和去离子水配成溶液，以雾状形式加入到 APT粉末中烘干后经600～650℃和850～1000℃温度下的两次氢还原，制得钨粉；一次还原使用四管炉，炉内最高温度为650℃，氢气流量为5.0m3/h，推 舟速度为30分/舟，装舟量为2000克；二次还原使用13管炉，氢气流量为 1.4m3/h，推舟速度为40分/舟，装舟量为2000克，还原温区最高温度为880 ℃；

(2)SPS烧结，钨粉通过SPS烧结，后经旋锻和拉拔形成各种规格的电极， 其中开坯温度为1600～1650℃，中间经一次退火处理；不需要压型和预烧，烧结过程中，烧结压力为20MPa， 重量为1.0Kg，烧结密度为17.8～18.2g/cm2，SPS设备为3000KWh，高温烧结时 间为3分钟，单位产品能耗为18KWh。

SPS烧结即等电离子烧结技术是近年来发展起来的一种快速、低 温、均质、高致密度的利用通断直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结方法。

(3)磨光、检验。

采用稀土钨电极中多种稀土元素组合代替钍，彻底解决了钍钨电极产生、使用和废弃后对环境和人体健康的污染及危害。材料中添加改善塑性加工性能的Re₂O₃，不仅电极材料的焊接性能达到或者超过钍钨电极，而且Re₂O₃ 的加入和SPS烧结工艺的采用，解决了高含量稀土钨材料加工困难、成材率低的难题，传统工艺生产电极的产品成材率为86.1％，SPS烧结工艺成材料达到 93.73％，远远高于当前的钍钨水平。且该工艺制得的复合稀土钨电极，较同型号的钨电极相比，逸出功低于钍钨电极，起弧稳定，弧性良好，耐耗性提高28％，完全可以代替同类型的钍钨焊接电极。

• < 前へ
• 次へ >