钨铈电极材料及其制备工艺和用途制造技术

一种钨铈电极材料，是非放射性、难熔的或非自耗的金属电极材料，运用于惰性气体保护电弧焊、等离子焊接、切割、喷涂及熔炼，激光光源和气体放电光源等技术中的电极，以及真空电子束涂膜阴极灯丝等．本发明专利技术采用粉末冶金工艺，严格控制工艺参数，制备成氧化铈含量在１．０—４．５％的钨铈电极材料，从而克服了长期为人们所认为含氧化铈超过１．０％的钨铈电极材料出现加工脆性的难题．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种非自耗金属电极材料及其制备工艺和用途。过去，用于惰性气体保护的电弧加工的钨电极材料含有少量(1～2%)的氧化钍，作为一种添加剂，以改进其粘污损失、引弧电压和起弧损失等方面的焊接性能，使之优于工业纯钨电极材料，延长电极寿命。其缺点是在焊接区域内伴随有钍和钍的氧化物存在，产生放射性污染，对人体健康有害。在1952年11月1日申请而在1956年5月1日获取美国专利与商标局批准的美国专利第2，744，183号“惰性气体保护电弧焊”提出一种惰性气体保护焊电极材料，它的主要成份是钨，並含有2～10%的几种(二种以上)的添加剂，即至少含有氧化钡、氧化钙、氧化铈和氧化钇等组合中选出来的二种氧化物，在1955年12月6日申请而在1958年3月4日获取美国专利与商标局批准的美国专利第2，825，703号“钨电弧电极”，提出一种非自耗惰性气体保护电弧电极，由钨组成，其中含有0.01～0.30%的氧化铈。还指出添加剂只要稍为多一点，这类电极就不能进行旋转锻造，因为材料太脆了。1969年9月13日出版的AD699650“不同添加剂对钨性能的影响”，其资料来源是苏联科学院冶金所的研究论文“钨、钼和铌的冶金”，发表于《科学》，莫斯科，1967，第142-149页。此文指出，在钨中含有1.0%的氧化铈，其热发射性不如钨钍材料。本专利技术人曾提供意见，由中国代表在1980年向ISO提出，建议重量含量≤2%氧化铈的钨铈电极材料列入“惰性气体保护电弧焊和等离子焊接及切割用钨电极”的ISO/TC标准，已作草案通过(DP6848)。在气体放电管及真空器件制造工艺中，以往用来与95料玻璃(3C11)封接的引出线材料是采用纯钨杆或钨钍杆，除了同样存在放射性危害外，还存在封接工艺质量可靠性及生产合格率低的问题。本专利技术的目的在于提出一种钨铈电极材料及其制备工艺和用途，以解决上述现有技术中所存在的问题，即是(1)消除钨钍电极在生产及应用中放射性环境污染;(2)提高钨电极的电子发射功能来满足在惰性气体保护电弧焊和等离子焊接、切割、喷涂、熔炼等工艺领域使用电极的技术性能;(3)提高激光光源和气体放电光源应用的钨电极技术性能;(4)提高真空电子束涂膜的阴极灯丝的技术性能;(5)提高采用95料玻璃(3C11)制作的气体放电管和电真空器件的技术性能;(6)解决含氧化铈＞1，0%的钨铈材料出现脆性的工艺问题。本专利技术提出的一种非自耗金属电极材料是一种钨基的钨铈材料，其中含有重量百分比为＞2～4.5%的氧化铈。它不但不存在象钨钍材料的有害的放射性环境污染问题，而且热发射性能比同样比例的钨钍材料好，在氧化铈含量＞3.0～4.5%时，其优点更为突出。实验结果含2%氧化钍的钨钍材料的α射线剂量为3，64×10-5居里/公斤，而含2～4%氧化铈的钨铈材料的α射线剂量仅为24.2～7，4×10-9居里/公斤;含2%氧化钍的钨钍材料的电子逸出功为4.4ev，而含2%氧化铈的钨铈材料的电子逸出功仅为3.1ev(在激活以后)。说明属非放射性的钨铈电极材料要比放射性钨钍电极材料电子发射功能好。本专利技术提出一种用粉末冶金工艺来制备氧化铈重量含量为1.0～4.5%的钨铈材料，克服了以往存在的材料脆性问题。其具体工艺是在三氧化钨中按所需二氧化铈成份计算出二氧化铈重量，来添加铈盐溶溶，经干燥后灼烧，在氢气管状还原炉内二阶段还原，将所获得的钨铈粉压制成坯条，经通氢钼丝炉预烧结后，再在氢气保护下在垂熔瓶中通电高温烧结，得金属钨铈坯条。然后进行热旋锻，其间还需增加退火，从直径3.0mm以下开始在煤气炉加热下拉制至所需的直径，必要时增加退火，再根据成品要求对杆材或丝材进行校直、切割、清洗或磨光。在制备过程中必须严格控制如下工艺参数三氧化钨中添加二氧化铈的量以所需钨铈电极中二氧化铈含量的88%来计算，並据此准备硝酸铈水溶液(原料硝酸亚铈)，操作在蒸发锅中加热搅拌三氧化钨的状态下将添加剂溶液加入，经干燥后灼烧300℃～800℃。在氢气管状炉内二阶段还原的温度，第一次750℃以下，第二次为900℃以下，所获钨铈粉的最大粒度＜8μ，並根据需要来配比。压坯的压制压力为1.5～3.5吨/厘米2，在通氢钼丝炉中预烧结最高温度为1250℃，烧结时坯条需加盖罩片，並严格控制烧结条件。在通氢垂熔瓶中通电高温烧结的电流不大于熔断电流的85%，可以一阶段二阶段来完成。然后进行旋锻，从开坯至φ6.0mm在氢气钼丝炉中加热后旋锻。φ6.0mm以下至旋锻结束在煤气炉加热，温度范围为1750～1200℃，随直径的缩小温度逐步降低。其间需增加垂溶退火。对开坯旋锻加热用钼丝炉的炉管需作内涂复处理，以避免影响加工困难。至φ3.0mm以下在煤气炉加热下拉丝温度从1300℃～700℃，随丝径的缩小而下降。本专利技术提出含1.0～4.5%氧化铈的钨铈材料的各种应用范围，均取得比钨钍材料更优越的技术性能。根据实验结果表明钨铈材料应用于惰性气体保护电弧焊、氢原子焊、氩弧堆焊和脉冲氩弧焊等，对惰性气体的纯度要求比钨钍材料降低;应用于惰性气体保护电弧焊、等离子焊接，等离子切割、等离子喷涂、等离子熔炼以及各种应用等离子弧的领域。电极具有高的电弧压缩性，电弧稳定性，重复引弧可靠性和许用电流密度、引弧电流降低且断弧间距加大，电极使用寿命成倍提高，在等离子弧应用的电极端部还具有“自然削尖”的优异特性，加工件焊缝狭而光洁，溶池深，对金属箔材及大长度连续焊接尤为显著，切割的割缝窄而垂直，后拖量小，等离子热喷涂件表面光洁度提高，连续熔炼时间提高，应用于激光光源用脉冲氙灯，大能量脉冲氙灯，大功率脉冲氙灯，高重复频率氙灯，低重复频率氙灯和短脉冲氪灯等，无漏闪现象，寿命成倍至数量级提高;应用于特种光源，如长弧氙灯，眼底萤光照相灯、照相排版灯、氙航标灯，机场电子下滑灯，机场跑道灯，高压毛细管汞灯，霓虹灯和汞氙灯，均可提高其使用寿命;用于真空电子束涂膜，如氧化锆涂膜等，可使其阴级灯丝具有发射电子束流大的优点。以下将结合附图对本专利技术作进一步说明。图1.钨铈电极材料与钨钍电极材料的电极弧柱压缩性对比。图2.钨铈电极与钨钍电极的焊缝剖面熔深对比。图3.采用钨铈电极与钨钍电极焊接薄壁铝简的铝简熔化程度对比。图4，在应用于等离子切割时，钨铈电极与钨钍电极使用前后的电极形状对比。图5，使用钨铈电极与钨钍电极切割后割缝形状对比。图6，不同灯丝材料的电子束流对比。图1示出采用钨铈材料与钨钍材料作为焊接电极所形成的弧柱压缩性对比。右边图为采用钨铈电极的弧柱，左边图为采用钨钍电极的弧柱，图中1是电极，2是光亮带。从图中可看出钨铈电极的弧柱光亮带较狭。按照“惰性气体保护电弧焊和等离子焊接及切割用钨电极”的日本工业标准JISE3233-1976中的试验条件和国际标准ISO/TC 44/SC3N222中的技术条件，对钨钍材料与钨铈材料所作许用电流及电极损耗值比较如下表 对含不同重量百分比的钨铈电极材料以及同钨钍电极材料的其它性能对比还作了以下一些对比试验1.持续电弧下电极烧损试验即一次起弧后电极在较长时间的电弧作用下的烧损试验。试验结果 2.最低起弧电流对比试验，从0.5A开始，以后每次增加0.5A直至能一次触发建立电弧为最低起弧电流，试验时空载电压为6v，维弧电压14v，试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非自耗金属电极材料，它是一种钨基材料，用粉末冶金工艺制备而成，其特征是在上述钨基材料中，含有重量百分比为大于２～４．５％的氧化铈。

【技术特征摘要】
1.一种非自耗金属电极材料，它是一种钨基材料，用粉末冶金工艺制备而成，其特征是在上述钨基材料中，含有重量百分比为大于2～4.5%的氧化铈。2.根据权利要求1的电极材料，其特点是所述的氧化铈重量含量为大于3～4.5%。3.一种含氧化铈重量百分比为1.0～4.5%的钨铈电极材料的制备工艺为粉末冶金方法，其特征是在三氧化钨中添加铈盐溶液，干燥后灼烧，在氢气管状炉内二阶段还原，将所获得的钨铈粉压制成坯条，经通氢钼丝炉预烧结后，再在氢气保护下通电高温烧结，得金属钨铈坯条，然后进行热旋锻，其间还需增加退火，从直径3.0mm以下开始在煤气加热下拉制至所需的最细直径。必要时增加退火。4.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征是三氧化钨中添加二氧化铈的量以所需钨铈电极中的二氧化铈含量的88%来计算。並将配制成的硝酸铈水溶液加入到加热搅拌的三氧化钨中，经干燥后灼烧300-800℃。5.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征是二阶段的还原温度，第一次为750℃以下，第二次为900℃以下，所获钨粉最大粒度＜8μ，並根据需要来配比。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：王菊珍，
申请(专利权)人：上海灯泡厂，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]