《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》是北京礦冶研究總院、北京工業大學於2004年9月30日申請的專利，該專利公布號為CN1586797，專利公布日為2005年3月2日，發明人是胡福成、聶祚仁、李炳山、楊建參、彭鷹、孫寶成、趙廣利。
《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》屬於稀土難熔金屬功能材料領域。針對2004年9月之前的多元複合稀土－鎢電極加工性能差，在工業生產中成品率低，增加了生產成本。按最終產物重量百分比計算，即La2O3、Y2O3和CeO2每種稀土氧化物含量為0.4－1.4％，三種稀土氧化物的總含量為2.0－2.2％，其餘為鎢；按每種稀土氧化物重量含量稱取對應的硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰量配置成混合溶液，按鎢重量含量稱取相應的APT（仲鎢酸氨），並加入去離子水攪拌得到均勻的懸濁液，然後加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發乾燥；末經過一次氫氣還原（550－700℃）、二次氫氣還原（850－1000℃）製得粉末平均粒度1.2－1.4微米。省去了APT煅燒的工序，簡化了工藝，經濟節能，使成品率和生產穩定性得以改善。
2014年3月，《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》獲得中國第十二屆專利優秀獎。
（概述圖為《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法
- 公布號：CN1586797
- 公布日：2005年3月2日
- 申請號 ：2004100802954
- 申請日 ：2004年9月30日
- 申請人 ：北京礦冶研究總院、北京工業大學
- 地址 ：北京市西城區西直門外文興街1號
- 發明人 ：胡福成、聶祚仁、李炳山、楊建參、彭鷹、孫寶成、趙廣利
- Int. Cl.：B23K35/32、B23K35/40
- 專利代理機構 ：北京思海天達智慧財產權代理有限公司
- 代理人 ：張慧
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,發明目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,對比案例,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
鎢電極是惰性氣體保護焊和等離子焊接、切割、噴塗、熔煉以及特殊電光源中的關鍵材料，截止2004年之前，使用較多的是釷鎢電極（含ThO2）和鈰鎢電極（含CeO2）。釷鎢電極在其生產和使用過程中都將給環境和人體健康帶來放射性危害；鈰鎢電極僅在小規格焊接用鎢電極方面可取代釷鎢電極。
自二十世紀七十年代，世界各國相繼研製開發多種單元、複合鎢電極材料，以替代釷鎢，新型研製出的稀土鎢電極以鈰鎢電極、鑭鎢電極（含La2O3）、釔鎢電極（含Y2O3）、及多元複合稀土~鎢電極（含La2O3、Y2O3、CeO2）為主。上述各種稀土，鎢電極材料都有各自的優點和缺點：鑭鎢電極在中小電流工作時電弧穩定性和電極抗燒損性能好，但其加工性能差，在大電流使用時燒損嚴重；釔鎢電極使用時電弧壓力大，在大電流工作時電極的抗燒損性能好，但其加工困難，在小電流使用時電弧穩定性差；多元複合稀土鎢電極雖然綜合焊接性能可與釷鎢電極相媲美，能適應各種工況以替代釷鎢電極，然而其加工性能差，在工業生產中成品率低，增加了生產成本。因而高額的生產成本使其很難大範圍替代釷鎢電極。
在原申請專利（CN1204696A、CN1203136A）中，鎢電極加工工藝為：稀土硝酸鹽水溶液與WO3混合摻雜，經一次氫氣還原（500-540℃）和二次氫氣還原（640-920℃），製得鎢粉，然後經壓制、燒結、旋鍛、鏈拉加工成各種規格的電極。 該專利改進工業化生產過程中的工藝，通過調整關鍵工序，從而使多元複合稀土-鎢電極的成品率和生產穩定性得以改善，從而節約工時，降低能耗。
發明內容
發明目的
《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》的目的在於提供一種無放射性污染、使用性能及加工性能好的多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法。
技術方案
《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》其特徵由以下步驟組成：
1.按最終產物重量百分比計算，即La203、Y2O3和CeO2每種稀土氧化物含量為0.4-1.4%，三種稀土氧化物的總含量為2.0-2.2%，其餘為鎢；按每種稀土氧化物重量含量稱取對應的硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰量配置成混合溶液，按鎢重量含量稱取相應的APT（仲鎢酸氨），並加入去離子水攪拌得到均勻的懸濁液，然後加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發乾燥；
2.蒸發乾燥後經過一次氫氣還原，溫度為550-700℃；二次氫氣還原，溫度為850-1000℃製得多元複合稀土鎢電極材料，平均粒度控制在1.2-1.4微米。將還原所得的混合粉末按常規鎢鉬的製備加工方法，進行燒結、塑性加工，最後加工成各種規格的電極。鎢鉬常規製備加工工序為壓制、預燒、垂熔燒結、開坯、203、202、201、鏈拉、絞直、切斷、磨光等，最後得到成品電極。傳統電極的生產除部分廠家（科研單位）以WO3、WO2.9等為原料外，大多數直接以APT為生產原料，自己煅燒製備WO3、WO2.9等、然後與稀土硝酸鹽摻雜、蒸發乾燥、兩次氫氣還原後經傳統鎢鉬材料製備加工方法製備得到最終產品。該發明的製備工藝改變傳統的摻雜工藝，以APT直接作為產品摻雜原料，替代常規的WO3、WO2.9等，同稀土硝酸鹽摻雜，省去了APT煅燒的工序，簡化了工藝，經濟節能。
鑒於在還原過程中多元複合稀土元素對粉末有重要的細化作用，通過進行大量的摸索試驗，確定了一次氫氣還原和二次氫氣還原的工藝參數，一次氫氣還原溫度為：550-700℃；二次氫氣還原溫度為：850-1000℃）；這不同於原申請專利的還原參數（一次氫氣還原溫度：500-540℃；二次氫氣還原溫度：640-920℃）。在這種還原條件下，可以得到平均粒度為1.2-1.4微米的稀土氧化物-金屬鎢混合粉末，對後續生產工序比較有利。而且用此方法，稀土氧化物在鎢粉中彌散程度高，分布更均勻。粉末在還原過程中受還原參數的影響較小，在一定時間內粒度波動較小，有利於工藝的控制。在後續加工過程中，可以提高產品的成品率。
改善效果
利用《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》所述方法製備的多元複合稀土-鎢電極不僅具有較好的加工性能、較高的成品率，而且焊接性能優良，綜合性能超過了釷鎢、鈰鎢電極。
附圖說明
圖1為多元複合稀土-鎢電極電弧靜特性曲線。
圖1
技術領域
《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》屬於稀土難熔金屬功能材料領域。
權利要求
《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》其特徵在於，由以下步驟組成：
（1）按最終產物重量百分比計算，即La203、Y2O3和CeO2每種稀土氧化物含量為0.4-1.4%，該三種稀土氧化物的總含量為2.0-2.2%；其餘為鎢；按每種稀土氧化物重量含量稱取對應的硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰量配置成混合溶液，按鎢重量含量稱取相應的仲鎢酸氨，並加入去離子水攪拌得到均勻的懸濁液，然後加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發乾燥；
（2）蒸發乾燥後經過一次氫氣還原，溫度為550C-700°C；二次氫氣還原，溫度為850°C-；1000°C製得多元複合稀土_鎢電極材料，平均粒度控制在1.2-1.4微米。
實施方式
對比案例
將APT經過煅燒製備成WO3，將WO3粉放入摻雜鍋內，加入按最終產物重量百分比的0.44%La2O3、1.32%Y2O3、0.44%CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰（根據氧化物重量換算硝酸鹽量）配製的混合溶液，充分攪拌蒸乾和乾燥後，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內進行一次還原（溫度：520°C；時間：2小時）、二次還原（溫度：800°C；時間：4小時）後，製得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.7微米。將還原後的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小時後，.壓制（裝粉量：680克：壓制壓強：6.5兆帕）、預燒（溫度：1150°C）、垂熔燒結（在90%熔斷電流下保溫30分鐘）後，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光後加工成各種規格鎢電極。其加工階段各工序下產品成品率如表1.所示：
工序 | 203 | 202 | 201 | 成品Φ2.4*175 | 加工階段成品率 |
產出率 | 95.9%. | 96.5% | 95.7% | 67.9% | 60.1% |
實施案例
實施案例1：每取APT粉1千克，加入去離子水1000毫升，攪拌均勻，放入摻雜鍋內，加入.按最終產物重量百分比的0.44%La2O3、1.32%Y2O3、0.44%CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰（根據氧化物重量換算硝酸鹽量）配製的混合溶液，充分攪拌蒸乾和乾燥後，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內進行一次還原（溫度：550°C）、二次還原（溫度：850°C）後，製得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.2微米。將還原後的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小時後，壓制（裝粉量：680克；壓制壓強：6.5兆帕）、預燒（溫度：1150°C）、垂熔燒結（在90%熔斷電流下保溫30分鐘）後，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光後加工成各種規格鎢電極。其加工階段各工序下產品成品率如表2.所示：
工序 | 203 | 202 | 201 | 成品Φ2.4*175 | 加工階段成品率 |
產出率 | 98.0% | 99.7% | 99.7% | 72.5% | 70.6% |
可以看到，產品的成品率有了較大的提高，節約了工時、能耗，降低了生產成本。
實施案例2：每取APT粉1千克，加入去離子水1000毫升，攪拌均勻，放入摻雜鍋內，加入按最終產物重量百分比的.55%La2O3、1.10%Y2O3、0.55%CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰（根據氧化物重量換算硝酸鹽量）配製的混合溶液，充分攪拌蒸乾和乾燥後，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內進行一次還原（溫度：600°C）、二次還原溫度：900°C）後，製得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.3微米。將還原後的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小時後，壓制（裝粉量：680克；壓制壓強：6.5兆帕）、預燒（溫度：1150°C）、垂熔燒結（在90%熔斷電流下保溫30分鐘）後，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光後加工成各種規格鎢電極。其加工階段各工序下產品成品率如表4.所示：
工序 | 203 | 202 | 201 | 成品Φ2.4*175 | 加工階段成品率 |
產出率 | 99.0%， | 98.7% | 99.5% | 71.3% | 69.3% |
實施案例3：每取APT粉1千克，加入去離子水1000毫升，攪拌均勻，放入摻雜鍋內，加入按最終產物重量百分比的0.73%La2O3、0.73%Y2O3、0.73%CeO2稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰（根據氧化物重量換算硝酸鹽量）配製的混合溶液，充分攪拌蒸乾和乾燥後，得到混合粉末，將混合粉末在還原爐內進行一次還原（溫度：700°C；）、二次還原溫度：1000°C）後，製得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.4微米。。將還原後的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小時後，壓制（裝粉量：680克：壓制壓強：6.5兆帕）、預燒（溫度：1150°C）、垂熔燒結（在90%熔斷電流下保溫30分鐘）後，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光後加工成各種規格鎢電極。其加工階段各工序下產品成品率如表4.所示：
工序 | 203 | 202 | 201 | 成品Φ2.4*175 | 加工階段成品率 |
產出率 | 98.6% | 98.0% | 99.1% | 72.5% | 69.4% |
榮譽表彰
2014年3月，《多元複合稀土-鎢電極材料的製備方法》獲得中國第十二屆專利優秀獎。
