[发明专利]一种稀土钨电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钨冶金技术，尤其是一种稀土钨电极材料的制备方法。

背景技术

钨具有熔点高、高温强度好、热电子发射能力强等特点，添加电子逸出功低的稀土铈、镧、钇元素的钨基材料在热电子发射材料中获得最佳应用，广泛应用于惰性气体保护焊、等离子体焊接、切割、热喷涂及电真空等领域。其出现和发展带动了焊接技术的发展，摩天大楼、大跨度桥梁、压力管道容器、船舶等大型结构件的建设均离不开氩弧焊接技术。对电极材料不但有可靠性和稳定性的要求，还要求材料省、成本低。

采用稀土氧化物作为弥散强化的第二相加入钨基体中，可以提高钨电极的再结晶温度、降低电子逸出功、延长使用寿命、提高材料综合性能，特别是多种稀土复合添加，可使电极承载电流范围更宽，焊接性能优于钍钨电极。但目前的传统制备技术采用氧化钨掺杂、两次氢气还原生成钨粉、钨粉添加粘结剂模压成型、二带温区预烧结、垂熔烧结得到钨条。存在工艺流程长，粉末形貌和粒度分布不适用于冷等静压成型，高的烧结温度使稀土第二相在钨条中的保有量低、弥散不均匀，加工成材率低等缺陷。现有专利ZL 200710099088.7、ZL 200710099090.4成果显示，其成品率都小于80%。因此，高性能、低成本制备钨电极材料以满足高端装备制造业的需要显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的就是针对背景技术存在的缺陷，提供一种稀土钨电极材料的制备方法，该制备方法所得稀土钨电极材料的稀土第二相晶粒细小而均匀、无偏析、稀土元素保有率高，加工性能好，且成品率在85%以上，动力消耗减少10%以上。

本发明的稀土钨电极材料的制备方法，包括以下步骤：

A、预还原，选用符合GB/T10116—2007中APT—0牌号的仲钨酸铵，采用常规技术通过四带温区还原炉，经氢气还原生成费氏粒度为8μm-12μm的铵钨青铜（简称ATB）； 

B、掺杂，将铵钨青铜湿法掺入铈、镧、钇的单元（指三种稀土元素中的任何一种）或二元（指三种稀土元素中的任何二种）或三元（指三种稀土元素都掺入）的稀土硝酸盐溶液中，经搅拌、混合、干燥后，稀土化合物吸附于铵钨青铜的孔隙内，得到稀土总量为1.0%～4.0%的掺杂铵钨青铜；

C、氢气还原，将B工序所得的掺杂铵钨青铜用六带温区还原炉，在还原温度为630℃～960℃，氢气流量为2.0 m³/h～3.0m³/h，氢气露点≤-60℃，周期推舟速度为30min～40min，装舟量为320g～420g工艺条件下，制得费氏粒度为1.20μm～2.2μm的掺杂钨粉；

D、成型，将C工序所得掺杂钨粉在混粉机中混合25min～30min后，采用常规技术将单根重量为2000±10g钨粉装入直径为28±0.2mm的弹性模套内，使用冷等静压机压制成型，最高压制压力为160 Mpa～180Mpa，得到尺寸为Ф21～22mm×长500mm的钨坯条；

E、预烧结，采用常规技术将D工序所得钨坯条置于钼舟内，在氢气保护下，经1200℃～1350℃预烧结30min～45min；

F、垂熔烧结，将E工序所得钨坯条置于垂熔罩内，在露点≤-60℃的氢气保护下，中温烧结，烧结制度为一段升温、一段保温，烧结电流在12min内由0上升至2800-3000A，保温10min，电流/时间参数为 升温(0-3000A)/12min、保温3000A/10min，冷却，出料，产出用于中频感应烧结的钨条；

G、中频感应烧结，将F工序所得钨条装入中频感应炉的钨坩埚内，在露点≤-60℃，流量为（2.5±0.4）m³/h的氢气保护下烧结，烧结制度为三段升温、三段保温，第一段由常温升温至（1600-1800）℃，时间4h，保温2h；第二段由（1600-1800）℃升温至（1900-2100）℃，时间3h，保温2h；第三段由（1900-2100）℃升温至（2200-2400）℃，时间3h，保温6h，停止加热，降温至200℃，出料，温度/时间参数为升温：（常温--1800℃）/4h、保温：1800℃/2h、升温：（1800—2000）℃/3h、保温：2000℃/2h、升温：（2000—2300）℃/3h、保温：2300℃/6h、降温：（2300—200）℃/10h，产出稀土钨棒断面结晶细小而均匀，稀土元素保有量大于95%，密度≥17.80g/cm³、晶粒度≥10000个/mm²。