專利名稱：合金元素添加鎢氧化物電極材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型電工材料領(lǐng)域，進(jìn)一步涉及合金元素添加鎢-氧化物電極材料及其制備工藝。
如電極消耗較為嚴(yán)重的等離子體噴涂，正常情況下國外電極的使用壽命約為40-50小時，而國產(chǎn)同類電極的使用壽命只有30小時以下。這是國外電極價格居高不下的原因。國內(nèi)生產(chǎn)的鎢電極的出口也僅是對電極性能要求不高的小電流焊接用電極，占世界范圍內(nèi)電極消費量中很小的比例，這與我國十分豐富的鎢資源和原料鎢大批量出口形成鮮明的對比。提高我國鎢電極制品的技術(shù)水平和產(chǎn)品等級是鎢產(chǎn)品制造行業(yè)面臨的首要和迫切的難題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝為首先在鎢粉中加入重量比為0.1～1％的碳和1～5％的強(qiáng)氧化物形成合金元素的一種或幾種；然后再加入重量比為0.5％～4％的ThO2、CeO2、Y2O3或La2O3功函數(shù)低的氧化物粉末的一種或兩種，混合均勻；經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1300-1500K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)；最后在2800-3500K下進(jìn)行最后燒結(jié)，再經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
本發(fā)明的強(qiáng)氧化物形成的合金元素為Nb，V，Zr，Cr，Al，Mo。
根據(jù)本發(fā)明的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝制成的合金元素添加鎢氧化物電極材料中含0.1％～1％的C、1％～5％的Nb，V，Zr，Cr，Al，Mo合金元素的一種或幾種，0.5％～4％的ThO2、CeO2、Y2O3或La2O3功函數(shù)低的氧化物粉末的一種或兩種。
由于本發(fā)明在鎢粉中加入了少量合金元素，可以平衡燃弧過程中添加的氧化物分解過程，控制氧化物的分解速度，這些合金元素固溶與鎢相或形成化合物，穩(wěn)定燒結(jié)和燃弧高溫過程中鎢晶粒的生長。在燃弧過程中吸收材料內(nèi)部和電弧周圍的氧，形成高熔點的氧化物，減少電極中氧化物的損耗。同時參與電弧的燃燒過程，提高電弧的穩(wěn)定性，增大電弧區(qū)電極表面的液態(tài)鎢的表面張力，減少鎢的損失。
具體實施例方式
實施例1，本發(fā)明的具體工藝過程是燒結(jié)前，根據(jù)電極的使用條件，進(jìn)行電極成分設(shè)計，以達(dá)到優(yōu)良綜合使用性能的要求，首先在鎢粉中加入重量比為0.1％的C和5％的Nb，以及0.5％的ThO2粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1500K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)，之后在.2800K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光等工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
實施例2，本發(fā)明在燒結(jié)前，根據(jù)電極的使用條件，進(jìn)行電極成分設(shè)計，首先在鎢粉中加入重量比為1％的C、1％的V和Zr的混合物，以及1.2％的CeO2粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1300K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)。之后在3500K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光等工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
實施例3，本發(fā)明在燒結(jié)前，根據(jù)電極的使用條件，進(jìn)行電極成分設(shè)計，首先在鎢粉中加入重量比為0.5％的C、3％的Cr、Al和Mo的混合物，以及2.5％的Y2O3粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1400K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)。之后在3300K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光等工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
實施例4，本發(fā)明在燒結(jié)前，根據(jù)電極的使用條件，進(jìn)行電極成分設(shè)計，首先在鎢粉中加入重量比為0.8％的C、2％的Nb和Zr的混合物，以及3.0％的La2O3粉末?；旌暇鶆蚝?，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1320K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)。之后在3100K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光等工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
實施例5，本發(fā)明在燒結(jié)前，根據(jù)電極的使用條件，進(jìn)行電極成分設(shè)計，首先在鎢粉中加入重量比為0.3％的C、4％的Al和Mo的混合物，以及3.5％的ThO2和CeO2粉末。混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1380K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)。之后在2900K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光等工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
實施例6，本發(fā)明在燒結(jié)前，根據(jù)電極的使用條件，進(jìn)行電極成分設(shè)計，首先在鎢粉中加入重量比為0.6％的C、2.5％的Zr、Cr和Al的混合物，以及4％的CeO2和Y2O3粉末。混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1450K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)。之后在3000K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光等工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
實施例7，本發(fā)明在燒結(jié)前，根據(jù)電極的使用條件，進(jìn)行電極成分設(shè)計，首先在鎢粉中加入重量比為0.7％的C、3.2％的Nb、V、Zr、Cr、Al和Mo的混合物，以及2.0％的Y2O3和La2O3粉末。混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1430K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)。之后在3200K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光等工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
本發(fā)明在燒結(jié)過程中，加入的C和上述合金元素與鎢反應(yīng)，形成碳化鎢或鎢的固溶體。由于在氫氣環(huán)境中燒結(jié)，不會與加入的ThO2、CeO2、Y2O3或La2O3等功函數(shù)的氧化物發(fā)生反應(yīng)。在燃弧過程中發(fā)生碳化鎢的分解和添加合金元素的析出，C和合金元素可以吸收電極材料內(nèi)部殘余的氧和電弧周圍混入保護(hù)氣體中的氧，形成CO和高熔點的氧化物，減少電極中所添加的氧化物損耗。同時合金元素參與電弧的燃燒過程，改變等離子體電弧中的合金元素分布密度，提高電弧的穩(wěn)定性，增大電弧區(qū)與等離子體電弧交互作用的電極表面的液態(tài)鎢的表面張力，減少鎢本身的損失。
本發(fā)明所描述工藝生產(chǎn)的W一氧化物電極的燃弧性能經(jīng)試驗表明，電極的抗電弧燒蝕性能大幅度提高，燒蝕速率提高一倍以上，抗超載電流能力和電弧的穩(wěn)定性明顯提高，起弧性能得到提高。同時本發(fā)明可按照使用要求，根據(jù)合金化設(shè)計理論，改變添加合金元素的種類和配比，進(jìn)行電極的組織和成分設(shè)計，滿足特殊性能要求。
權(quán)利要求
1.一種合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于1)首先在鎢粉中加入重量比為0.1～1％的碳和1～5％的強(qiáng)氧化物形成合金元素的一種或幾種；2)然后再加入重量比為0.5％～4％的ThO2、CeO2、Y2O3或La2O3功函數(shù)低的氧化物粉末的一種或兩種，混合均勻；3)經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1300-1500K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)；4)最后在2800-3500K下進(jìn)行最后燒結(jié)，再經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于所說的強(qiáng)氧化物形成的合金元素為Nb，V，Zr，Cr，Al，Mo。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于首先在鎢粉中加入重量比為0.1％的C和5％的Nb，然后再加入0.5％的ThO2粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1500K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)，之后在2800K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于首先在鎢粉中加入重量比為1％的C、1％的V和Zr的混合物，然后再加入1.2％的CeO2粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1300K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)，之后在3500K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于首先在鎢粉中加入重量比為0.5％的C、3％的Cr、Al和Mo的混合物，然后再加入2.5％的Y2O3粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1400K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)，之后在3300K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于首先在鎢粉中加入重量比為0.8％的C、2％的Nb和Zr的混合物，然后再加入3.0％的La2O3粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1320K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)，之后在3100K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于首先在鎢粉中加入重量比為0.3％的C、4％的Al和Mo的混合物，然后再加入3.5％的ThO2、CeO2粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1380K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)，之后在2900K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于首先在鎢粉中加入重量比為0.6％的C、2.5％的Zr、Cr和Al的混合物，然后再加入4％的CeO2、Y2O3粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1450K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)，之后在3000K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金元素添加鎢氧化物電極材料的制備工藝，其特征在于首先在鎢粉中加入重量比為0.7％的C、3.2％的Nb、V、Zr、Cr、Al和Mo的混合物，然后再加入2.0％的Y2O3、La2O3粉末，混合均勻后，經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1430K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)，之后在3200K下進(jìn)行最后燒結(jié)，最后經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。
10.一種合金元素添加鎢氧化物電極材料，其特征在于電極材料中含0.1％～1％的C、1％～5％的Nb，V，Zr，Cr，Al，Mo合金元素的一種或幾種，0.5％～4％的ThO2、CeO2、Y2O3或La2O3功函數(shù)低的氧化物粉末的一種或兩種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種合金元素添加鎢氧化物電極材料及其制備工藝，首先在鎢粉中加入重量比為0.1～1％的碳和1～5％的強(qiáng)氧化物形成合金元素的一種或幾種；然后再加入0.5％～4％的功函數(shù)低的氧化物粉末的一種或兩種，混合均勻；經(jīng)冷壓成長條狀的方坯，在1300－1500K的氫氣環(huán)境中預(yù)燒結(jié)；最后在2800－3500K下進(jìn)行最后燒結(jié)，再經(jīng)旋鍛、軋制、拉絲、拋光工藝達(dá)到所需的電極尺寸。由于在鎢粉中加入了少量合金元素，平衡燃弧過程中添加的氧化物分解過程，控制氧化物的分解速度，穩(wěn)定燒結(jié)和燃弧高溫過程中鎢晶粒的生長，減少電極中氧化物的損耗，提高電弧的穩(wěn)定性，增大電弧區(qū)電極表面的液態(tài)鎢的表面張力，減少鎢的損失。
文檔編號C22C1/05GK1410573SQ0213948
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者楊志懋, 張暉, 王亞平, 宋曉平, 丁秉鈞 申請人:西安交通大學(xué)