多元复合稀土-钨电极材料的制备方法发明目的

《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技术方案

《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、WO_2.9等为原料外，大多数直接以APT为生产原料，自己煅烧制备WO₃、WO_2.9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、WO_2.9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。

多元复合稀土-钨电极材料的制备方法改善效果

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。

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。

《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。

《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。

多元复合稀土-钨电极材料的制备方法对比案例

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：

多元复合稀土-钨电极材料的制备方法实施案例

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：

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：

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：

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。

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