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《多元复合稀土-钨电极材料的制备方法》属于稀土难熔金属功能材料领域。
钨电极是惰性气体保护焊和等离子焊接、切割、喷涂、熔炼以及特殊电光源中的关键材料,截止2004年之前,使用较多的是钍钨电极(含ThO2)和铈钨电极(含CeO2)。钍钨电极在其生产和使用过程中都将给环境和人体健康带来放射性危害;铈钨电极仅在小规格焊接用钨电极方面可取代钍钨电极。
自二十世纪七十年代,世界各国相继研制开发多种单元、复合钨电极材料,以替代钍钨,新型研制出的稀土钨电极以铈钨电极、镧钨电极(含La2O3)、钇钨电极(含Y2O3)、及多元复合稀土~钨电极(含La2O3、Y2O3、CeO2)为主。上述各种稀土,钨电极材料都有各自的优点和缺点:镧钨电极在中小电流工作时电弧稳定性和电极抗烧损性能好,但其加工性能差,在大电流使用时烧损严重;钇钨电极使用时电弧压力大,在大电流工作时电极的抗烧损性能好,但其加工困难,在小电流使用时电弧稳定性差;多元复合稀土钨电极虽然综合焊接性能可与钍钨电极相媲美,能适应各种工况以替代钍钨电极,然而其加工性能差,在工业生产中成品率低,增加了生产成本。因而高额的生产成本使其很难大范围替代钍钨电极。
在原申请专利(CN1204696A、CN1203136A)中,钨电极加工工艺为:稀土硝酸盐水溶液与WO3混合掺杂,经一次氢气还原(500-540℃)和二次氢气还原(640-920℃),制得钨粉,然后经压制、烧结、旋锻、链拉加工成各种规格的电极。 该专利改进工业化生产过程中的工艺,通过调整关键工序,从而使多元复合稀土-钨电极的成品率和生产稳定性得以改善,从而节约工时,降低能耗。
图1为多元复合稀土-钨电极电弧静特性曲线。
稀土发光材料主要有三种制备方法,它们是: 1.气相法:包括气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法、化学气相沉积法(CVD)、等离子体法、化学气相输运法等。 2.固相法:包括高温固相合成法、自蔓延燃烧合成法(S...
20到100元不等,钨铜合金电极是一种由高纯度钨粉和纯度高塑性好的高导电性铜粉结合,通过静压成型,高温烧结,熔融工艺精制而成而成的复合金属材料。良好的导电性、热膨胀小、高温不软化,
钨铜电极材料价格是20-100不等。综合了钨和铜的良好性能,耐高温、耐电弧烧蚀、强度高,比重大,导电导热性好,易于加工,而且它的功能如虚汗,与钨高硬度,高熔点,抗粘附的特点,经常用来做有一定耐磨性,耐...
2014年3月,《多元复合稀土-钨电极材料的制备方法》获得中国第十二届专利优秀奖。
将APT经过煅烧制备成WO3,将WO3粉放入掺杂锅内,加入按最终产物重量百分比的0.44%La2O3、1.32%Y2O3、0.44�O2称取硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈(根据氧化物重量换算硝酸盐量)配制的混合溶液,充分搅拌蒸干和干燥后,得到混合粉末,将混合粉末在还原炉内进行一次还原(温度:520°C;时间:2小时)、二次还原(温度:800°C;时间:4小时)后,制得稀土氧化物和钨粉的混合粉末,平均粒度为1.7微米。将还原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小时后,.压制(装粉量:680克:压制压强:6.5兆帕)、预烧(温度:1150°C)、垂熔烧结(在90%熔断电流下保温30分钟)后,进行旋锻加工、链拉、绞直、切断和磨光后加工成各种规格钨电极。其加工阶段各工序下产品成品率如表1.所示:
工序 |
203 |
202 |
201 |
成品Φ2.4*175 |
加工阶段成品率 |
产出率 |
95.9%. |
96.5% |
95.7% |
67.9% |
60.1% |
实施案例1:每取APT粉1千克,加入去离子水1000毫升,搅拌均匀,放入掺杂锅内,加入.按最终产物重量百分比的0.44%La2O3、1.32%Y2O3、0.44�O2称取硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈(根据氧化物重量换算硝酸盐量)配制的混合溶液,充分搅拌蒸干和干燥后,得到混合粉末,将混合粉末在还原炉内进行一次还原(温度:550°C)、二次还原(温度:850°C)后,制得稀土氧化物和钨粉的混合粉末,平均粒度为1.2微米。将还原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小时后,压制(装粉量:680克;压制压强:6.5兆帕)、预烧(温度:1150°C)、垂熔烧结(在90%熔断电流下保温30分钟)后,进行旋锻加工、链拉、绞直、切断和磨光后加工成各种规格钨电极。其加工阶段各工序下产品成品率如表2.所示:
工序 |
203 |
202 |
201 |
成品Φ2.4*175 |
加工阶段成品率 |
产出率 |
98.0% |
99.7% |
99.7% |
72.5% |
70.6% |
可以看到,产品的成品率有了较大的提高,节约了工时、能耗,降低了生产成本。
实施案例2:每取APT粉1千克,加入去离子水1000毫升,搅拌均匀,放入掺杂锅内,加入按最终产物重量百分比的.55%La2O3、1.10%Y2O3、0.55�O2称取硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈(根据氧化物重量换算硝酸盐量)配制的混合溶液,充分搅拌蒸干和干燥后,得到混合粉末,将混合粉末在还原炉内进行一次还原(温度:600°C)、二次还原温度:900°C)后,制得稀土氧化物和钨粉的混合粉末,平均粒度为1.3微米。将还原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小时后,压制(装粉量:680克;压制压强:6.5兆帕)、预烧(温度:1150°C)、垂熔烧结(在90%熔断电流下保温30分钟)后,进行旋锻加工、链拉、绞直、切断和磨光后加工成各种规格钨电极。其加工阶段各工序下产品成品率如表4.所示:
工序 |
203 |
202 |
201 |
成品Φ2.4*175 |
加工阶段成品率 |
产出率 |
99.0%, |
98.7% |
99.5% |
71.3% |
69.3% |
实施案例3:每取APT粉1千克,加入去离子水1000毫升,搅拌均匀,放入掺杂锅内,加入按最终产物重量百分比的0.73%La2O3、0.73%Y2O3、0.73�O2称取硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈(根据氧化物重量换算硝酸盐量)配制的混合溶液,充分搅拌蒸干和干燥后,得到混合粉末,将混合粉末在还原炉内进行一次还原(温度:700°C;)、二次还原温度:1000°C)后,制得稀土氧化物和钨粉的混合粉末,平均粒度为1.4微米。。将还原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小时后,压制(装粉量:680克:压制压强:6.5兆帕)、预烧(温度:1150°C)、垂熔烧结(在90%熔断电流下保温30分钟)后,进行旋锻加工、链拉、绞直、切断和磨光后加工成各种规格钨电极。其加工阶段各工序下产品成品率如表4.所示:
工序 |
203 |
202 |
201 |
成品Φ2.4*175 |
加工阶段成品率 |
产出率 |
98.6% |
98.0% |
99.1% |
72.5% |
69.4% |
《多元复合稀土-钨电极材料的制备方法》的目的在于提供一种无放射性污染、使用性能及加工性能好的多元复合稀土-钨电极材料的制备方法。
《多元复合稀土-钨电极材料的制备方法》其特征由以下步骤组成:
1.按最终产物重量百分比计算,即La203、Y2O3和CeO2每种稀土氧化物含量为0.4-1.4%,三种稀土氧化物的总含量为2.0-2.2%,其余为钨;按每种稀土氧化物重量含量称取对应的硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈量配置成混合溶液,按钨重量含量称取相应的APT(仲钨酸氨),并加入去离子水搅拌得到均匀的悬浊液,然后加入上述稀土硝酸盐溶液,搅拌、蒸发干燥;
2.蒸发干燥后经过一次氢气还原,温度为550-700℃;二次氢气还原,温度为850-1000℃制得多元复合稀土钨电极材料,平均粒度控制在1.2-1.4微米。将还原所得的混合粉末按常规钨钼的制备加工方法,进行烧结、塑性加工,最后加工成各种规格的电极。钨钼常规制备加工工序为压制、预烧、垂熔烧结、开坯、203、202、201、链拉、绞直、切断、磨光等,最后得到成品电极。传统电极的生产除部分厂家(科研单位)以WO3、WO2.9等为原料外,大多数直接以APT为生产原料,自己煅烧制备WO3、WO2.9等、然后与稀土硝酸盐掺杂、蒸发干燥、两次氢气还原后经传统钨钼材料制备加工方法制备得到最终产品。该发明的制备工艺改变传统的掺杂工艺,以APT直接作为产品掺杂原料,替代常规的WO3、WO2.9等,同稀土硝酸盐掺杂,省去了APT煅烧的工序,简化了工艺,经济节能。
鉴于在还原过程中多元复合稀土元素对粉末有重要的细化作用,通过进行大量的摸索试验,确定了一次氢气还原和二次氢气还原的工艺参数,一次氢气还原温度为:550-700℃;二次氢气还原温度为:850-1000℃);这不同于原申请专利的还原参数(一次氢气还原温度:500-540℃;二次氢气还原温度:640-920℃)。在这种还原条件下,可以得到平均粒度为1.2-1.4微米的稀土氧化物-金属钨混合粉末,对后续生产工序比较有利。而且用此方法,稀土氧化物在钨粉中弥散程度高,分布更均匀。粉末在还原过程中受还原参数的影响较小,在一定时间内粒度波动较小,有利于工艺的控制。在后续加工过程中,可以提高产品的成品率。
利用《多元复合稀土-钨电极材料的制备方法》所述方法制备的多元复合稀土-钨电极不仅具有较好的加工性能、较高的成品率,而且焊接性能优良,综合性能超过了钍钨、铈钨电极。
《多元复合稀土-钨电极材料的制备方法》其特征在于,由以下步骤组成:
(1)按最终产物重量百分比计算,即La203、Y2O3和CeO2每种稀土氧化物含量为0.4-1.4%,该三种稀土氧化物的总含量为2.0-2.2%;其余为钨;按每种稀土氧化物重量含量称取对应的硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈量配置成混合溶液,按钨重量含量称取相应的仲钨酸氨,并加入去离子水搅拌得到均匀的悬浊液,然后加入上述稀土硝酸盐溶液,搅拌、蒸发干燥;
(2)蒸发干燥后经过一次氢气还原,温度为550C-700°C;二次氢气还原,温度为850°C-;1000°C制得多元复合稀土_钨电极材料,平均粒度控制在1.2-1.4微米。
三元复合稀土钨电极烧结分层机理探讨
对ф16mm三元复合稀土钨电极垂熔烧结时所产生的烧结分层现象进行了研究。采用SEM、XRD方法对垂熔坯条的形貌和物相组成进行了分析,并对第二相粒子进行了EDAX定点能谱分析。用ICP-AES方法分析了坯条不同区域稀土氧化物的百分含量,利用电子探针(EPMA)对稀土元素在坯条断口上的分布进行了探测。根据烧结坯条的显微组织及不同区域成分的差异,探讨了稀土元素在这种大坯条烧结工艺制度下的扩散与挥发过程。结果表明:稀土元素在坯条截面上分布不均匀;同时稀土第二相粒子多分布在钨基体晶粒的晶界上;边缘和中心稀土第二相及钨晶粒大小、数目不一,稀土元素的挥发扩散不仅造成了烧结坯条断面成分不均,而且进一步加重了温度梯度引起的组织不均匀性,最终造成了分层现象的发生。
电沉积Cu基SiC复合电极材料
电火花加工中,电极材料是影响加工质量和加工效率的重要因素。将SiC微粒作为第二相电沉积成分来制备Cu基SiC复合电极材料,研究了微粒添加量、微粒粒径、电流密度及镀液温度等工艺因素对复合铸层中SiC颗粒共沉积量的影响,以及SiC颗粒对铸层表面形貌的影响,并进行了电极材料的抗电蚀性试验。结果表明添加SiC颗粒的复合材料的表面相对平整、致密,晶体更细小且均匀。相对电极损耗明显降低,抗电蚀性能得到提高。
三元复合稀土钨电极(EWX:天蓝色条纹) 众所周知,常用钨电极是钍钨电极、铈钨电极、镧钨电极、钇钨电极、 三元复合稀土钨电极
目的就是为了平衡内部电子的迁移率和蒸发率,使得钨电极性能发挥到极致,而且降低电子的电子逸出功。起弧和重复起弧很容易,并混入相同的不同氧化物如果焊接周期在大于15分钟的情况下,它的使用寿命会更长。日本技术的研究表明,三元复合稀土钨电极是非常成功的,而且焊接时的性能特别优良。因此预计该产品的更多型号将会出现在美国市场。日本和欧洲市场已经承认这种三元非放射性氧化物相结合的钨电极。
全世界每年钨电极的总消耗量以达到1600t,市场需求随着经济的发展仍在增长。中国钨电极的年总产量约占全世界钨电极产量的3/4。中国钨电极的年产量一直稳步增长,而且从2005年起产量出现大幅增长,在2009年达到1200t。2100433B
Type of Electrode 电极名称 |
Model 牌号 |
Brand Name 品牌名称 |
Added Impurity 掺杂质 |
Other Impurities% 其他杂质量% |
Tungsten% 钨% |
Color Sign 色标 |
Tri-mix Tungsten electrode 三元复合 稀土钨电极 |
WS2 |
Sunstone “索通”牌 |
LaO2 YO2 CeO2 |
<0.20 |
余量 The rest |
Blue |