高致密稀土钨电极制造

钨电极材料作为机械、造船、航空航天、建筑、核电、冶金等行业不可或缺的功能材料，主要应用于惰性气体保护焊、等离子切割、喷涂和熔炼等工艺技术。同时，钨电极材料的另一个重要应用就是在焊接过程中充当热阴极电子发射源。

纯金属钨极的发射效率很低，且在高温下再结晶形成等轴状晶粒组织而使钨丝下垂、断裂。为克服上述缺点，现代工业普遍以掺杂稀土钨电极为主要产品，一般掺杂一些电子逸出功低的稀土氧化物，例如，钍、铈、钇、镧等。但总体来说，国内稀土钨电极的生产技术还不算太先进，钨电极产品也没有系列化和标准化，难以满足工业发展和人们生活进步的需求。

近来，有研究人员研制出一种稀土钨电极材料的制备方法，该方法采用球磨混粉、热压成型、电子束真空高温熔炼和热处理的方式，最终得到致密度较高、塑性较好的稀土钨电极材料，其生产步骤如下：

第一步混粉：将平均粒度为1μm、纯度为99.2%的的钨粉和平均粒度为4μm、纯度为99.3%的的氧化锆粉混合，球磨1h使其充分均匀混合得到混合粉，氧化锆粉的质量占混合粉总质量的1%；

第二步热压成型：将混合粉在温度为1800℃，压力为30MPa的条件下热压成型1h得到钨基-氧化锆块状混合物；

第三步电子束熔炼：将钨基-氧化锆块状混合物置于电子束熔炼炉内坩埚中，抽真空至0.0042Pa以下，开启电子枪高压为30kV，束流为600mA进行熔炼，熔炼20min，凝固冷却后将钨-氧化锆合金锭翻转，在高压为30kV，束流为400mA再熔炼20min，凝固冷却后得到钨-氧化锆合金锭；

第四步真空热处理：真空热处理具有无氧化、无脱碳、无元素贫化的特点，可以实现光亮热处理，可以使零件脱脂、脱气，避免表面污染和氢脆；同时可以实现控制加热和冷却，减少热处理变形，提高材料性能；还具有便于自动化、柔性化和清洁热处理等优点，将钨-氧化锆合金锭置于真空碳管炉中，在真空度为8Pa的条件下加热到1800℃，真空退火2h，得到钨-氧化钇电极材料，经检测，该钨-氧化钇电极材料致密度为96.8%、显微硬度为1023MPa。

稀土元素既能提高再结晶温度，又能激活电子发射，与钨结合形成的钨-稀土合金具有功函数低、熔点高和蒸气压力低等特点，是集性能和安全的电极材料。

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