專利名稱：多元復(fù)合稀土鎢電極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種稀上難熔金屬焊接材料及其制備方法，特別涉及一種多元復(fù)合稀 土鎢電極材料及其制備方法，該電極主要適用于氬弧焊焊接。
背景技術(shù)：
氬弧焊是以氬氣作為保護氣體的一種電弧焊接方法，電弧發(fā)生在電極和焊件之 間。在電弧周圍通以氬氣，形成保護電弧和熔池的連續(xù)封閉的氣流。(1)氬氣是惰性氣體，以單原子形式存在，在高溫時不發(fā)生分解，不與金屬起任何 化學(xué)反應(yīng)。在焊接過程中，不會使被焊金屬氧化或使合金元素?zé)龘p。因此，不僅可以用來焊 接各類合金鋼，還可用作焊接容易氧化的有色金屬，如鋁、鎂，以及鋯、鉭、鉬等稀有金屬。(2)氬氣不溶解于液態(tài)金屬，不會引起氣孔產(chǎn)生，因而也無需采用脫氧等化學(xué)反應(yīng) 來消除氣孔。(3)氬弧焊的焊縫金屬中，含氧量最少。而采用其他焊接方法時，焊縫金屬中的含 氧量大大超過氬弧焊。例如，氣焊為氬弧焊的27倍，結(jié)422手工電弧焊為49倍，結(jié)507手 工電弧焊為14倍，埋弧焊(焊劑為431)為22倍，二氧化碳氣體保護焊為25倍，電渣焊為 8倍。(4)氬弧焊的焊縫金屬中，非金屬夾雜物含量比其他焊接方法少得多，因而焊縫質(zhì) 量高，其塑性、韌性顯著優(yōu)異(5)電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熔池較小，所以焊接速度較快，熱影響區(qū)域 較窄，工件焊接以后變形較小(6)氬弧焊電弧穩(wěn)定，飛濺小，表面無熔渣，外表成形美觀。目前，氬弧焊焊接電極主要采用氬弧焊鎢電極存在以下缺陷1、含有釷等放射性 危害的元素，因此會污染環(huán)境。2、電極起弧和保持性較差。3、加熱和冷卻的速度慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種適用于氬弧焊 的的電極材料，即多元復(fù)合稀土鎢電極材料，該焊接材料起弧和保持性能好，加熱和冷卻迅 速，可以精確控制對焊件的熱輸入和熔池尺寸，很好滿足氬弧焊焊接電極的要求。本發(fā)明的另一個目的就在于提供上述多元復(fù)合稀土鎢電極材料的制備方法。如上構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種多元復(fù)合稀土鎢電極材料其特征在于在 鎢金屬基體中添加稀土氧化物制成。上述鎢金屬基體為仲鎢酸氨APT粉末，平均粒度為20 50 μ m。上述鎢金屬基體的重量百分比是95 98%，稀土氧化物的重量百分比是2.0 5. 0%。上述稀土氧化物為氧化鑭、氧化鈰、氧化錸和氧化鉺。上述多元復(fù)合稀土鎢電極材料的制備方法，其特征在于依照下列步驟完成
(1)備料將鎢基體粉末稱取配比重量倒入摻雜鍋中，并加入去離子水?dāng)嚢璧玫?均勻的懸濁液；將硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸錸和硝酸鉺稱取配比要求重量并配成溶液，加入到 懸濁液中攪拌均勻，加熱干燥獲得混合合金粉末；(2)將上述混合合金粉末進行二次還原一次還原將上述混合粉末在單管氫氣 還原爐中還原，用露點低于-30°C純氫保護，溫度為500 600°C，還原時間為30-60分鐘； 二次還原將一次還原后的粉末在十三管還原爐中還原，用露點低于-30°C純氫保護，溫度 為800 90(TC，還原時間為30-40分鐘；二次還原后得到稀土鎢復(fù)合粉末過篩后備用；(3)壓制成型在上述還原后的稀土鎢復(fù)合粉末中加入成型劑0. 2 1. 0%，在油 壓機的模具上壓制成坯條，所施加壓力為100 150Mpa ；(4)將壓制坯條分兩個階段預(yù)燒結(jié)；第一階段溫度300 800°C，時間3_5小時； 第二階段溫度800 1200°C，時間1-3小時；(5)垂熔燒結(jié)將預(yù)燒好的鎢坯條置于氫氣保護的垂熔燒結(jié)設(shè)備上進行燒結(jié)，燒 結(jié)溫度為2600 2800°C，燒結(jié)時間為30-50分鐘；(6)旋鍛拉絲將燒結(jié)后的坯條加熱到1400 1450°C，保溫10-20分鐘，在旋鍛機 上開坯、旋鍛成桿料；再通過旋鍛和拉絲加工到產(chǎn)品要求絲徑的合金絲材，最后經(jīng)截斷、拋 光、清洗后制得電極產(chǎn)品。上述成型劑為甘油、酒精、丙酮、聚氯乙烯、石蠟、橡膠、硬脂酸鹽中任一種。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和積極效果1、焊接性能良好。本發(fā)明中基體材料鎢是難熔金屬元素，具有良好的高溫性能，經(jīng) 高溫?zé)Y(jié)后強度高、耐電弧燒蝕性能好，而少量的稀土氧化物均勻分布在鎢基體中，具有良 好的熱電子發(fā)射性能，保證材料良好的焊接性能，能完全滿足氬弧焊焊接的要求。2、本發(fā)明的焊接材料為鎢金屬中加入稀土氧化物作為熱電子發(fā)射源，不含有釷等 放射性危害的元素，為綠色環(huán)保型電極材料。3、電極起弧和保持性好。本發(fā)明中加入的稀土氧化物為熱電子發(fā)射性能優(yōu)良的四 種稀土元素的復(fù)合，且總量達到2. 0%以上，可保證電極具有很好的起弧和保持電弧性能。4、本發(fā)明的焊接材料加熱和冷卻迅速，可以精確控制對焊件的熱輸入和熔池尺 寸。
具體實施例方式一種多元復(fù)合稀土鎢電極材料，在平均粒度為20 50 μ m鎢金屬基體(仲鎢酸氨 APT粉末)中添加稀土氧化物制成。稀土氧化物為氧化鑭、氧化鈰、氧化錸和氧化鉺四種氧 化物復(fù)合而成。其中，鎢金屬基體的重量百分比是95 98%，稀土氧化物的重量百分比是 2. 0 5. 0%。上述多元復(fù)合稀土鎢電極材料的制備方法，依照下列步驟完成1、備料將平均粒度為20 50 μ m的仲鎢酸氨APT粉末稱取配比重量倒入摻雜鍋 中，并加入去離子水?dāng)嚢璧玫骄鶆虻膽覞嵋?；將硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸錸和硝酸鉺稱取配比 要求重量并配成溶液，加入到懸濁液中攪拌均勻，用水浴加熱干燥獲得混合合金粉末。2、將上述混合合金粉末進行二次還原一次還原在單管氫氣還原爐中還原，每舟 裝料3公斤，每40分鐘推舟一次，還原溫度為500 600°C，用露點低于-30°C純氫保護，；
4二次還原在十三管還原爐中還原，每舟裝料300克，每30分鐘推舟一次，用露點低于-30°C 純氫保護，還原溫度為800 90(TC ；二次還原后的稀土鎢復(fù)合粉末過100目篩后備用。3、在上述還原后的稀土鎢復(fù)合粉末中加入成型劑0. 2 1. 0%，在油壓機的模具 上壓制成坯條，所施加壓力為100 150Mpa。成型劑為甘油、酒精、丙酮、聚氯乙烯、石蠟、橡 膠、硬脂酸鹽中任一種；加入成型劑的目的是為了提高合金粉末的成型性能。4、將壓制坯條分兩個階段預(yù)燒結(jié)；第一階段溫度300 800°C，時間3-5小時；第 二階段溫度800 1200°C，時間1-3小時。第一階段預(yù)燒是為了充分脫除成型劑，第二階 段預(yù)燒是為了進一步提高壓坯的強度。5、垂熔燒結(jié)將預(yù)燒好的鎢坯條置于氫氣保護的垂熔燒結(jié)設(shè)備上進行燒結(jié)，燒結(jié) 溫度為2600 2800°C，燒結(jié)時間為30-50分鐘。6、旋鍛拉絲將燒結(jié)后的坯條加熱到1400 1450°C，保溫10_20分鐘，在旋鍛機 上開坯、旋鍛成直徑為6. 3mm的桿料；再通過202、201旋鍛和拉絲加工到產(chǎn)品要求絲徑的合 金絲材，最后經(jīng)截斷、拋光、清洗后制得電極產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明所述的多元復(fù)合稀土鎢電極材料及其制備方法，試驗制備了三批氬弧 焊焊接材料。三批材料經(jīng)備料、還原、壓制成型和預(yù)燒結(jié)、垂熔燒結(jié)和旋鍛拉絲工序制成。三 批材料的化學(xué)成分如表1所示。表2列出了制備三批材料各工序的工藝條件。清洗拋光后 即成為本發(fā)明的多元稀土鎢電極材料。并對最終焊接電極材料的性能進行檢測，其結(jié)果如 表3所示。從表3可以看出，本發(fā)明雙金屬基氬弧焊電極材料焊接性能良好，能很好滿足氬 弧焊焊接的要求。表1鎢電極化學(xué)成分
實施例化學(xué)成分(重量百分比％)鎢稀土氧化物197.032.86297.162.67396.982.95表2鎢電極加工工藝123粉末還原585 0C 40min/舟598 °C 40min/舟603 °C 40min/舟852°C 30min/舟885 °C 30min/舟882°C 30min/舟懷條預(yù)燒溫度IlOO0C1150°C 31180。C時間3 Omi η40m in60m in垂熔燒結(jié)最大電流2650Α2750A2800A保溫時間IOminIOminIOmin旋鍛拉絲2031400 0C1400°C1450°C202900 0C900 °C900 °C201700 0C700 °C700 °C表3鎢電極焊接性能
123電子逸出功2. 67eV2. 62eV2. 52eV起弧性** 穩(wěn)弧性 燒蝕性能 優(yōu) ★良
權(quán)利要求
1.一種多元復(fù)合稀土鎢電極材料，其特征在于在鎢金屬基體中添加稀土氧化物制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合稀土鎢電極材料，其特征在于上述鎢金屬基體為 仲鎢酸氨APT粉末，平均粒度為20 50 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合稀土鎢電極材料，其特征在于上述鎢金屬基體的 重量百分比是95 98%，稀土氧化物的重量百分比是2. 0 5. 0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合稀土鎢電極材料，其特征在于上述稀土氧化物為 氧化鑭、氧化鈰、氧化錸和氧化鉺。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合稀土鎢電極材料的制備方法，其特征在于依 照下列步驟完成(1)備料將鎢基體粉末稱取配比重量倒入摻雜鍋中，并加入去離子水?dāng)嚢璧玫骄鶆?的懸濁液；將硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸錸和硝酸鉺稱取配比要求重量并配成溶液，加入到懸濁 液中攪拌均勻，加熱干燥獲得混合合金粉末；(2)將上述混合合金粉末進行二次還原一次還原將上述混合粉末在單管氫氣還原 爐中還原，用露點低于-30 V純氫保護，溫度為500 600 °C，還原時間為30-60分鐘；二 次還原將一次還原后的粉末在十三管還原爐中還原，用露點低于-30°C純氫保護，溫度為 800 900°C，還原時間為30-40分鐘；二次還原后的稀土鎢復(fù)合粉末過篩后備用；(3)壓制成型在上述還原后的稀土鎢復(fù)合粉末中加入成型劑0.2 1. 0%，在油壓機 的模具上壓制成坯條，所施加壓力為100 150Mpa ；(4)將壓制坯條分兩個階段預(yù)燒結(jié)；第一階段溫度300 800°C，時間3-5小時；第二 階段溫度800 1200°C，時間1-3小時；(5)垂熔燒結(jié)將預(yù)燒好的鎢坯條置于氫氣保護的垂熔燒結(jié)設(shè)備上進行燒結(jié)，燒結(jié)溫 度為2600 2800°C，燒結(jié)時間為30-50分鐘；(6)旋鍛拉絲將燒結(jié)后的坯條加熱到1400 1450°C，保溫10-20分鐘，在旋鍛機上開 坯、旋鍛成桿料；再通過旋鍛和拉絲加工到產(chǎn)品要求絲徑的合金絲材，最后經(jīng)截斷、拋光、清 洗后制得電極產(chǎn)品。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多元復(fù)合稀土鎢電極材料的制備方法，其特征在于上述成 型劑為甘油、酒精、丙酮、聚氯乙烯、石蠟、橡膠、硬脂酸鹽中任一種。
全文摘要
一種多元復(fù)合稀土鎢電極材料，在鎢金屬基體中添加稀土氧化物制成。鎢金屬基體的重量百分比是95～98％，稀土氧化物的重量百分比是2.0～5.0％。其制備方法為將鎢基體粉末稱取配比重量倒入摻雜鍋中，并加入去離子水?dāng)嚢璧玫骄鶆虻膽覞嵋海粚⑾跛徼|、硝酸鈰、硝酸錸和硝酸鉺稱取配比要求重量并配成溶液，加入到懸濁液中攪拌均勻，加熱干燥獲得混合合金粉末；將混合合金粉末經(jīng)過兩次氫氣還原制成稀土鎢復(fù)合粉末，經(jīng)壓型、預(yù)燒結(jié)，垂熔燒結(jié)，旋鍛加工成各種規(guī)格的氬弧焊電極。本發(fā)明的焊接性能良好、為綠色環(huán)保型電極材料、電極起弧和保持性好，并且加熱和冷卻迅速，可以精確控制對焊件的熱輸入和熔池尺寸。
文檔編號B23P15/00GK102000923SQ20101028720
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者周文元, 崔寶旺, 張久興, 張松梧 申請人:北京工業(yè)大學(xué), 天津市春風(fēng)鎢業(yè)有限公司