CN1054563C - 镧钨电极的制造方法 - Google Patents

Abstract

镧钨电极的制造方法，涉及一种主要用于TIG(钨极惰性气体保护焊)和PLASMA(等离子)技术领域，进行金属的焊接、切割、喷涂、熔炼等的一种钨电极的制造方法。其特征在于：a.采用醋酸镧与包括APT、WO₃和W粉的固体原料加水制成的料浆混合均匀，制备镧钨包覆粉；b.镧钨包覆粉中镧盐的分解过程是在氢气气氛中进行。本发明的方法可使镧盐分解更加充分，明显改善了垂熔过程中方料的导电性能，并且使镧盐的分解与还原过程在同一设备中同时进行，减化了工艺，可有效地减少了工时、节约了能源。

Description

镧钨电极的制造方法

镧钨电极的制造方法，涉及一种主要用于TIG(钨极惰性气体保护焊)和PLASMA(等离子)技术领域，进行金属的焊接、切割、喷涂、熔炼等的一种钨电极的制造方法。

钨电极材料是TIG和PLASMA技术中的关键材料之一。已经在工业上使用的钨电极有许多种类。广泛使用的钨电极中的钍钨电极显示了较好的性能。但由于其中的钍会对人体产生累计性的放射性危害并对环境产生放射性污染，为此人们研制出铈钨电极，试图在TIG和PLASMA技术领域取代有放射性的钍钨电极。实际应用效果表明，铈钨电极在小电流氩弧焊等方面成功地取代了钍钨电极。但在交流极性、气体放电光源、阴极发射材料方面，尚末完全取代钍电极，存在着反复起弧、可靠性差、烧损率大、寿命低等缺陷。随着高新技术的发展，机械电子、石油、化工、航空航天、船舶、原子能等领域，被切割的金属母材料的种类、形状、厚度等的要求越来越复杂，对钨电极的性能要求越来越苛刻。需要研制出性能更好的电极以满足需要。研究结果表明，添加稀土元素La、Y可有效地改善钨电极的性能，特别是镧钨电极具有寿命长、起弧性能好的特点，有广阔的应用前景。目前制造镧钨电极的方法，主要是采用将固体原料与硝酸镧均匀混合，通过加热浓缩、烘干(焙烧)、过筛等工序制备出镧钨包覆粉，然后进行还原、压型、垂熔、制坯及成品加工制得镧钨电极。由于是采用硝酸盐制备包覆粉的方法，在制备过程中，会产生大量的NO污染，而且由于硝酸盐的分解温度高，需要长时间的焙烧才能使其完全分解，造成工艺难度大。而且还有可能产生由于硝酸盐分解不完全，造成的坯条的导电性能差、工艺性能恶化的现象。本申请人于1989年9月在专利号为89107270.5的专利申请中，披露了采用醋酸铈制备铈钨电极的方法，该方法有效地避免铈钨电极制造过程中，制备包覆粉时产生的NO_x污染环境、操作条件条件恶劣的问题，但在加工性能方面还存在不足。

本发明的目的是为了克服已有技术中存在的上述不足，提供一种工艺难度小、无污染、加工性能好的一种新的镧钨电极的制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

镧钨电极的制造方法，包括镧钨包覆粉的制备、还原、压型、垂熔、制坯及成品加工过程，其特征在于：a：采用醋酸镧与包括APT、WO₃和W粉的固体原料加水制成的料浆混合均匀，制备镧钨包覆粉；b.镧钨包覆粉中镧盐的分解过程是在氢气气氛中进行，一次还原温度控制在600～700℃，时间为2-3小时，二次还原温度控制在800-970℃，还原时间3-5小时，过程中控制氢气流量为1.39×10^-4～5.56×10^-4m³/S。

本发明的过程采用加入醋酸镧与包括APT、WO₃和W粉的固体原料，合成镧钨包覆粉的方法制备镧钨电极，取代了原有技术中采用硝酸镧制备镧钨包覆粉的方法，消除了因硝酸盐分解产生NO_x气体的污染。由于醋酸镧与硝酸镧在分解温度上的差异，导致工艺效果上的差异。采用醋酸镧制备镧钨包覆粉大大降低了分解温度，有效地简化了工艺过程，而且本发明的方法采用在氢气气氛中进行镧盐的分解，避免了镧化物在氧化气氛中的不稳定挥发，而且可使镧盐分解更加充分，明显改善了垂熔过程中方料的导电性能。同使镧盐的分解与还原过程实现不间断连续地在相同设备中完成两个工艺过程，大大减化了工艺、减缩了工时、节约了能源，是一种比较理想的镧钨电极的制造方法。

附图说明

附图为本发明的镧钨电极的制造方法的流程图。

下面结合实例对本发明的方法详细描述如下。

镧钨电极的制造方法，包括镧钨包覆粉的制备、还原、压型、垂熔、制坯及成品加工过程，其特征在于：a.采用醋酸镧与包括APT、WO₃和W粉的固体原料加水制成的料浆辊合均匀，制备镧钨包覆粉；b.镧钨包覆粉中镧盐的分解过程是在氢气气氛中进行，一次还原温度控制在600～700℃，时间为2-3小时，二次还原温度控制在800-970℃，还原时间3-5小时，过程中控制氢气流量为1.39×10^-4～5.56×10^-4m³/S。

1.实验原料

APT、WO₃、W粉：纯度均大于99.5％(以重量计)；

Fe₂O₃：含量小于0.0025％；

MO：含量小于0.01％；

As：含量小于0.0025％；

Al₂O₃：含量小于0.005％；

P：含量小于0.01％；

氧化残渣痕迹物料粒度  APT：25～26μm；

WO₃：8～9μm；

W粉：2～2.5μm；

2.镧钨包覆粉的制备

将所用原料按固∶H₂O＝1∶1比例调浆后充分搅拌，再按所制的钨电极牌号要求比例量，均匀地加入醋酸镧，继续搅拌混合均匀后，通过蒸气加热浓缩、干燥等工序过筛后送交还原。

3.还原

将制得的镧钨包覆粉装舟后，在还原炉内升温进行分解和一、二次还原，一次还原温度为600～700℃时，还原时间为2～3小时。二次还原温度为：800～970℃，时间为3-5小时。上述过程均在氢气气氛下进行，控制气流量：1.39×10^-4～5.56×10^-4m³/S。

4.压型

将还原后的镧钨包覆粉末合批2-5小时，然后进行理化分析，待镧钨包覆粉末的平均粒度、LaO含量及均匀性皆符合工艺要求时，加入酒精、甘油润滑剂混合1小时后过筛、压制、预烧、压制、预烧工艺条件为：

装粉量：650-700g/根，压制预烧压力：60～80MPa，烧结温度：1050～1400℃，烧结时间：40～60分钟。

5.垂熔

采用常规的垂熔烧结工艺，工艺条件如下：

垂熔温度：2600～3000℃，保温时间：20分钟，降温时间：2分钟，冷却时间：3分钟。

6.成品加工

垂熔后的方坯检验合格后，将合格的料坯，放入带有氢气保护的加热炉内，按样品的工艺要求温度保温20分钟，按要求进行旋锻，然后加工至所需的不同规格成品。

例1.

取APT粉1000克，加入1000克水，搅拌均匀，加入醋酸镧60克，继续搅拌均匀后，用蒸气加热浓缩、干燥后，过筛得到镧钨包覆粉。将制得的镧钨包覆粉装舟，放入通有氢气的还原炉内，升温进行一次还原，温度为600℃，还原时间为2小时。再继续升温至800℃进行二次还原，还原时间控制在3.5小时，过程中氢气流量为1.39×10^-4m³/s。然后镧钨包覆粉加入酒精、甘油润滑剂混合1小时后过筛、压制、预烧、压制、预烧工艺条件为：装粉量：650-700g/根，压制预烧压力：60～80MPa，烧结温度：1050～1400℃，烧结时间：40～60分钟。然后采用常规的垂熔烧结工艺，工艺条件如下：垂熔温度：2600～3000℃，保温时间：20分钟，降温时间：2分钟，冷却时间：3分钟。最后进行成品加工，垂熔后的方坯检验合格后，将合格的料坯，放入带有氢气保护的加热炉内，按样品的工艺要求温度保温20分钟，按要求进行旋锻，然后加工至所需的不同规格成品。

例2.

取W粉700克，加入700克水，搅拌均匀，加入醋酸镧55克，继续搅拌均匀后，用蒸汽加热浓缩、干燥后，过筛得到镧钨包覆粉。将制得的镧钨包覆粉装舟，放入通有氢气的还原炉内，升温进行一次还原，温度为650℃，还原时间2小时。再继续升温至900℃进行二次还原，还原时间控制在4小时，过程中氢气流量为1.39×10^-4m³/s。其它条件同例1。

例3.

取WO₃粉850克，加入850克水，搅拌均匀，加入镧酸镧58克，继续搅拌均匀后，通过蒸汽加热浓缩、干燥后，过筛得到镧钨包覆粉。将制得的镧钨包覆粉装舟，放入通有氢气的还原炉内，升温进行一次还原，温度为670℃，还原时2.5小时。继续升温至970℃进行二次还原，还原时间控制在5小时，过程中氢气流量为1.39×10^-4m³/s。其它条件同例1。

上述实验所得到的样品均符合GB4191和ISO6848-84标准的要求。

本发明的方法与采用硝酸镧制备镧钨包覆粉的方法相比，共同点是随着还原时间的延长，其镧钨包覆粉的平均粒度长大。而硝酸镧受还原时间的影响更为敏感，平均粒度增大范围宽。本发明的方法，镧钨包覆粉受还原时间影响的粒度波动范围则较小，在一定的时间内粒度范围基本趋于一致。这两种不同的方法，都是最终以La₂O₃的形式包覆在钨基中，起着细化晶粒的作用，但由于它们各自分解温度上的差异，必然导致结果上的差异。本发明的方法，在特定的工艺条件下，粉末粒度范围波动较小，且符合压制、预烧工艺要求，可有效地减化工艺，有利于消除NO_x有害气体的污染，是一种较为理想的镧钨电极的制备方法。

Claims (1)

1.镧钨电极的制造方法，包括镧钨包覆粉的制备、还原、压型、垂熔、制坯及成品加工过程，其特征在于：

a.采用醋酸镧与包括APT、WO₃和W粉的固体原料加水制成的料浆混合均匀，制备镧钨包覆粉；

b.镧钨包覆粉中镧盐的分解过程是在氢气气氛中与还原过程同步进行，一次还原温度控制在600～700℃，时间为2-3小时，二次还原温度控制在800-970℃，二次还原时间为3-5小时，过程中氢气流量为1.39×10^-4～5.56×10^-4m³/S。