本發(fā)明涉及鎢電極焊芯領(lǐng)域，更具體的說，它涉及一種含有多元稀土元素的鎢電極焊芯及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鎢(w)電極是最常見的電弧電極材料之一，鎢電極材料在焊接中主要用于鎢極氬弧焊，在氬弧焊過程中一般作為陰極部分使用，幾乎適用于所有金屬材料的焊接。目前，一般采用在金屬鎢中添加二氧化釷來刺激金屬鎢中電子的逸出，降低鎢電極的有效逸出功，使鎢電極可以在較低的溫度下工作，并提高鎢電極的使用壽命。但是，釷是一種放射性物質(zhì)，在焊接過程以及在與釷鎢棒接觸過程中，操作工人可能會(huì)受到放射線的影響。雖然經(jīng)過大量調(diào)查和測(cè)試證明，每天消耗釷鎢極棒僅100-200毫克，其放射量較小，對(duì)人體影響不大。但是，例如在容器內(nèi)焊接時(shí)，由于通風(fēng)不暢等環(huán)境因素，煙塵中的放射性離子有可能超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)在磨削釷鎢棒以及放置釷鎢棒的地點(diǎn)處，放射性的氣溶膠以及放射性粉塵的濃度較高，有可能超過衛(wèi)生使用標(biāo)準(zhǔn)。為了取代釷元素的使用，通常在純鎢電極中添加氧化鈰、氧化鑭、氧化釔等稀土元素，以使鎢電極中的放射性物質(zhì)降至最低。但是鈰鎢電極反復(fù)引弧性能差，容易斷弧，電弧壓力和許用電流較小，鑭鎢電極的加工性能差，在大電流使用過程中燒損嚴(yán)重，釔鎢電極加工困難，在小電流使用時(shí)電弧穩(wěn)定性差。當(dāng)純鎢電極中同時(shí)加入多種稀土元素，制成的含有多種稀土元素的鎢電極焊芯與單元素稀土鎢電極相比，使用性能更加優(yōu)越。為了使稀土元素在鎢電極中更好地分散，一般在仲鎢酸銨溶液中加入稀土硝酸鹽，通過液-液混合的方式使稀土元素很好的分散在鎢電極中。但是，稀土硝酸鹽在還原過程中，稀土硝酸鹽分解得到稀土氧化物，稀土氧化物可以與氧化鎢結(jié)合，附著在氧化鎢的表面，而稀土氧化物又非常穩(wěn)定，在粉末還原過程中既不揮發(fā)，又不能與氫氣反應(yīng)而還原，此時(shí)，附著在氧化鎢表面的稀土氧化物阻止氧化鎢的進(jìn)一步還原，造成氧化鎢還原不完全，最終制備得到的鎢電極焊芯中氧化鎢雜質(zhì)較多，鎢電極在使用過程導(dǎo)通電流的能力減弱，其使用性能變差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種含有多元稀土元素的鎢電極焊芯的制備方法，通過該種方法制備得到內(nèi)部氧化鎢還原較為完全，電流導(dǎo)通能力強(qiáng)，具有良好使用性能的含有多元稀土元素的鎢電極焊芯。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的，一種含有多元稀土元素的鎢電極焊芯的制備方法，至少包括以下步驟：互混：將稀土硝酸鹽溶于20l去離子水中，攪拌至澄清，將仲鎢酸銨加入稀土硝酸鹽溶液中，攪拌蒸發(fā)3h后，通入蒸汽加壓，蒸汽壓力為1.0mpa，轉(zhuǎn)速15r/min，直至完全烘干，將烘干后的混合物研碎，過80目篩；第一次還原：將烘干后的混合物放入還原爐中，升溫還原爐至520～560℃，還原爐升溫過程中通入氫氣、氨氣，還原20～24min；第二次還原：繼續(xù)升溫還原爐至900～920℃，持續(xù)通入氨氣與氫氣，還原26～30min后，停止通入氨氣，繼續(xù)還原10min，還原得到含有稀土氧化物的鎢粉；預(yù)成型：將還原得到的產(chǎn)物在混粉機(jī)中混合10min后，裝入彈性模套內(nèi)，使用冷等靜壓機(jī)壓制成型，成型壓力為170mpa，壓制成型鎢坯條；預(yù)燒結(jié)：將壓制成型的鎢坯條置于鉬舟中，在氫氣保護(hù)下，經(jīng)1190～1200℃高溫預(yù)燒結(jié)20～30min；垂熔燒結(jié)：將預(yù)燒結(jié)后的鎢坯條放置于垂熔機(jī)中，在90％熔斷電流保溫25min；后處理：將燒結(jié)后的含有稀土元素的鎢坯條經(jīng)過旋鍛、校直、打磨加工成型。通過采用上述技術(shù)方案，仲鎢酸銨首先進(jìn)行分解反應(yīng)生成wo3，生成的wo3在氫氣氛圍中繼續(xù)還原生成鎢粉。同時(shí)，混合于仲鎢酸銨中的稀土硝酸鹽在氫氣氛圍中發(fā)生還原反應(yīng)，生成不易揮發(fā)以及不易還原的稀土氧化物。待還原反應(yīng)完畢后，得到含有稀土元素的鎢粉混合物。將得到的混合物進(jìn)行燒結(jié)、成型，得到含有多元稀土元素的鎢電極焊芯。在仲鎢酸銨分解還原的過程中，仲鎢酸銨首先失去結(jié)晶水，隨后逸出氨，隨著還原爐溫度升高至200℃開始，大量通入還原爐內(nèi)的氨開始緩慢分解，首先分解成為原子氫與原子氮，原子氫在未相互結(jié)合成為分子氫之前立即與稀土硝酸鹽以及仲鎢酸銨中的氧發(fā)生反應(yīng)，仲鎢酸銨分解生成wo3的速度加快。隨著混合物進(jìn)入第二次還原階段，還原爐的溫度再次升高，原子氫結(jié)合wo3上氧的能力高于稀土氧化物與wo3之間的結(jié)合能力，wo3的還原反應(yīng)更加充分，生成鎢粉的純度更高。優(yōu)選的，所述第一次還原過程中氫氣流量為0.7～0.9m3/h，所述氨氣流量為0.1～0.3m3/h。優(yōu)選的，所述氫氣流量為0.8m3/h，所述氨氣流量為0.2m3/h。優(yōu)選的，所述第二次還原過程中所述氫氣流量為1.3～1.5m3/h，所述氨氣流量為0.1～0.2m3/h。優(yōu)選的，所述氫氣流量為1.4m3/h，所述氨氣流量為0.15m3/h。通過采用上述技術(shù)方案，在第一次還原過程中，還原爐中按比例通入氫氣以及氨氣，保證氨氣生成過量的原子氫對(duì)仲鎢酸銨以及稀土硝酸鹽進(jìn)行分解，不至于因氣流過大而稀釋原子氫濃度，同時(shí)不會(huì)因氣流過小而不能保證還原反應(yīng)的進(jìn)行。隨著混合物進(jìn)入第二次還原反應(yīng)后，通入還原爐的氫氣流量加大，氨氣流量減小，生成原子氫的速率增加，同時(shí)混合物中的氧經(jīng)過第一次還原反應(yīng)消耗了大部分，減少氨氣的通入，同樣可以保證還原反應(yīng)的正常進(jìn)行。本發(fā)明的另一目的在于提供上述所述含有多元稀土元素的鎢電極焊芯。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的，一種含有多元稀土元素的鎢電極焊芯，所述稀土元素占鎢元素含量的2.28～2.52％。優(yōu)選的，所述稀土元素為鑭、釔、鈰、鋯。優(yōu)選的，所述鑭、釔、鈰、鋯占鎢元素的含量比為1.2∶2.9∶1.4∶0.5。通過采用上述技術(shù)方案，制備得到的含有多元稀土元素的鎢電極焊芯中包含有稀土元素鑭、釔、鈰、鋯，四種稀土元素按照1.2∶2.9∶1.4∶0.5的配比進(jìn)行摻和，制備得到的鎢電極在小電流使用時(shí)具有較好的電弧穩(wěn)定性，同時(shí)在大電流使用時(shí)電弧穩(wěn)定性較佳。稀土元素取代了釷元素的使用，在使用過程中不會(huì)有放射線的污染，影響操作工人的生命安全。綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：1、鎢電極中摻入稀土元素，稀土元素的加入同樣可以降低鎢元素的電子逸出功，從而代替了放射性元素釷的使用，制備得到的鎢電極中不含有對(duì)操作工人有生命安全的物質(zhì)。同時(shí)，四種稀土元素的配合使用，使制備得到的鎢電極的使用性能比單獨(dú)使用單種稀土元素的使用性能優(yōu)越。2、在仲鎢酸銨的還原過程中隨著氫氣的通入加入氨氣，氨氣隨著還原爐的溫度逐漸升高開始分解，氨氣首先分解成為原子氫與原子氮，原子氫在沒有結(jié)合形成的分子氫的過程中，迅速吸附在混合物中的氧上，對(duì)混合物進(jìn)行還原反應(yīng)，使生成的鎢粉純度更高，從而制備得到的鎢電極使用性能更加優(yōu)越。具體實(shí)施方式本發(fā)明實(shí)施例中所涉及的所有物質(zhì)均為市售。各實(shí)施例中所用到原料的規(guī)格如表1所示。表1以下各實(shí)施例中所用到樣品的規(guī)格組分規(guī)格廠家仲鎢酸銨工業(yè)級(jí)瑞爾化工產(chǎn)品有限公司硝酸鑭工業(yè)級(jí)清達(dá)精細(xì)化工有限公司硝酸釔工業(yè)級(jí)清達(dá)精細(xì)化工有限公司硝酸鈰工業(yè)級(jí)清達(dá)精細(xì)化工有限公司硝酸鋯工業(yè)級(jí)清達(dá)精細(xì)化工有限公司各實(shí)施例中含有多元稀土元素的鎢電極焊芯的制備方法如下：互混：將稀土硝酸鹽溶于20l去離子水中，攪拌至澄清，將仲鎢酸銨加入稀土硝酸鹽溶液中，攪拌蒸發(fā)3h后，通入蒸汽加壓，蒸汽壓力為1.0mpa，轉(zhuǎn)速15r/min，直至完全烘干，將烘干后的混合物研碎，過80目篩；第一次還原：將烘干后的混合物放入還原爐中，升溫還原爐至t1，還原爐升溫過程中通入氫氣、氨氣，還原時(shí)間為t1；第二次還原：繼續(xù)升溫還原爐至t2，持續(xù)通入氨氣與氫氣，還原時(shí)間為t2，停止通入氨氣，繼續(xù)還原10min，還原得到含有稀土氧化物的鎢粉；預(yù)成型：將還原得到的產(chǎn)物在混粉機(jī)中混合10min后，裝入彈性模套內(nèi)，使用冷等靜壓機(jī)壓制成型，成型壓力為170mpa，壓制成型鎢坯條；預(yù)燒結(jié)：將壓制成型的鎢坯條置于鉬舟中，在氫氣保護(hù)下高溫?zé)Y(jié)；垂熔燒結(jié)：將預(yù)燒結(jié)后的鎢坯條放置于垂熔機(jī)中，在90％熔斷電流保溫25min；后處理：將燒結(jié)后的含有稀土元素的鎢坯條經(jīng)過旋鍛、校直、打磨加工至φ1.6mm規(guī)格。各實(shí)施例中工藝參數(shù)如表2所示。表2各實(shí)施例中的工藝參數(shù)以上各實(shí)施例中制備得到的含有多元稀土元素的鎢電極焊芯中稀土元素的含量如表3所示。表3含有多元稀土元素的鎢電極焊芯中的稀土元素含量含量(％)實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6實(shí)施例7鑭0.480.460.470.4560.4470.5040.486釔1.161.181.171.1021.1111.2181.216鈰0.560.580.570.5320.5220.5880.598鋯0.20.180.190.190.20.210.22實(shí)施例1至實(shí)施例7中制備得到含有多元稀土元素的鎢電極焊芯的尖部錐角為45°，同時(shí)采用直流電正接，高頻引弧，電源設(shè)備采用zs500型硅整流機(jī)焊機(jī)、gnp-300型焊機(jī)控制箱以及100kva行調(diào)壓器。以上各實(shí)施例制備的含有多元稀土元素的鎢電極焊芯所采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)及檢測(cè)方法如下：引弧試驗(yàn)：經(jīng)初步引弧，確定從電壓25v開始進(jìn)行引弧，每間隔1v電壓間隔升高空載電壓，每個(gè)電壓下進(jìn)行引弧試驗(yàn)30次，每次打高頻1s內(nèi)起弧為引弧成功，1～10s內(nèi)起弧為引弧滯后，超過10s為引弧失敗。電弧靜特性試驗(yàn)：焊機(jī)的空載電壓為70v，氬氣流量6l/min，弧長(zhǎng)3mm，電極伸出導(dǎo)氣嘴長(zhǎng)度6mm。燃弧后，迅速將回路電流調(diào)節(jié)至40a，分別在電流為40a、60a、80a、100a、120a、140a、160a、200a時(shí)，待電弧穩(wěn)定燃燒，測(cè)出所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電壓。以上各實(shí)施例的性能指標(biāo)如表4至表5所示。表4各實(shí)施例制備的含有多元稀土元素的鎢電極焊芯的臨界起弧電壓性能測(cè)試結(jié)果實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6實(shí)施例7臨界起弧電壓(v)27302829303132表5各實(shí)施例制備的含有多元稀土元素的鎢電極焊芯的電弧靜特性曲線試驗(yàn)結(jié)果從表3以及表4中可以看出，本發(fā)明中制備得到的含有多元稀土元素的鎢電極焊芯的臨界起弧電壓較低，同時(shí)，在相同電流條件下，鎢電極焊芯的開路電壓明顯較低，表明制備得到的鎢電極的純度較高，使用性能優(yōu)越。各對(duì)比例中制備得到的鎢電極焊芯中添加元素的含量如表6所示。表6鎢電極焊芯中外加元素的含量含量(％)對(duì)比例1對(duì)比例2對(duì)比例3鑭00.480.48釔01.161.16鈰00.560.56鋯00.20.2釷2.400對(duì)比例1的制備方法與實(shí)施例1一致，對(duì)比例2的制備方法與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于第二次還原反應(yīng)不通入氨氣，對(duì)比例3的制備方法與對(duì)比例1的區(qū)別僅在于第一次還原反應(yīng)與第二還原反應(yīng)都不通入氨氣。對(duì)比例1至對(duì)比例3的性能指標(biāo)如表6至表7所示。表6各對(duì)比例制備的鎢電極焊芯的臨界起弧電壓性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比例1對(duì)比例2對(duì)比例3臨界起弧電壓(v)383537表7各對(duì)比例制備的鎢電極焊芯的電弧靜特性曲線試驗(yàn)結(jié)果從表6以及表7中可以看出，對(duì)比例1中降低鎢電極的電子逸出功的物質(zhì)為釷元素，單獨(dú)使用釷元素的臨界起弧電壓大于多種稀土元素復(fù)配的使用效果，同時(shí)，在相同電流條件下，使用釷元素制備得到的鎢電極的開路電壓明顯升高，因此，多元稀土元素可以代替放射性釷元素的使用，且具有優(yōu)異的使用效果。對(duì)比例2在第二次還原反應(yīng)過程中不通入氨氣，仲鎢酸銨初步分解成為wo3后，只利用氫氣進(jìn)行還原反應(yīng)，wo3經(jīng)過分子氫的還原作用逐漸生成鎢粉，在鎢粉的還原過程中稀土氧化物同時(shí)生成，附著在鎢粉以及氧化鎢上，分子氫不能完全與wo3上的氧結(jié)合力，制備得到的鎢電極純度低于實(shí)施例1，對(duì)應(yīng)的，其電流導(dǎo)通能力較實(shí)施例1弱，使用效果低于實(shí)施例1制備得到的鎢電極焊芯。對(duì)比例3在還原過程中都不通入氨氣，同時(shí)，體系中的反應(yīng)溫度要低于單獨(dú)使用氫氣還原wo3的反應(yīng)溫度，導(dǎo)致混合物反應(yīng)不完全，制備得到的鎢電極內(nèi)部氧化鎢含量較實(shí)施例1高，使用效果低于實(shí)施例1制備得到的鎢電極焊芯。本具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的解釋，其并不是對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對(duì)本實(shí)施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。當(dāng)前第1頁12