《多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法》屬于稀土難熔金屬功能材料領域。

鎢電極是惰性氣體保護焊和等離子焊接、切割、噴涂、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，世界各國相繼研制開發多種單元、復合鎢電極材料，以替代釷鎢，新型研制出的稀土鎢電極以鈰鎢電極、鑭鎢電極（含La₂O₃）、釔鎢電極（含Y₂O₃）、及多元復合稀土~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；多元復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范圍替代釷鎢電極。

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℃），制得鎢粉，然后經壓制、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，從而使多元復合稀土-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。

圖1為多元復合稀土-鎢電極電弧靜特性曲線。

2014年3月，《多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法》獲得中國第十二屆專利優秀獎。

多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法對比案例

將APT經過煅燒制備成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?O₂稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰（根據氧化物重量換算硝酸鹽量）配制的混合溶液，充分攪拌蒸干和干燥后，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）后，制得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.7微米。將還原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小時后，.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）后，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后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：

多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法實施案例

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?O₂稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰（根據氧化物重量換算硝酸鹽量）配制的混合溶液，充分攪拌蒸干和干燥后，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）后，制得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.2微米。將還原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小時后，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）后，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后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：

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?O₂稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰（根據氧化物重量換算硝酸鹽量）配制的混合溶液，充分攪拌蒸干和干燥后，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）后，制得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.3微米。將還原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小時后，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）后，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后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：

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?O₂稱取硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鈰（根據氧化物重量換算硝酸鹽量）配制的混合溶液，充分攪拌蒸干和干燥后，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）后，制得稀土氧化物和鎢粉的混合粉末，平均粒度為1.4微米。。將還原后的粉末按一定比例加入甘油、酒精混合1小時后，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）后，進行旋鍛加工、鏈拉、絞直、切斷和磨光后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：

多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法發明目的

《多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法》的目的在于提供一種無放射性污染、使用性能及加工性能好的多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法。

多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法技術方案

《多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法》其特征由以下步驟組成：

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%，其余為鎢；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），并加入去離子水攪拌得到均勻的懸濁液，然后加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發干燥；

2.蒸發干燥后經過一次氫氣還原，溫度為550-700℃；二次氫氣還原，溫度為850-1000℃制得多元復合稀土鎢電極材料，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制備加工方法，進行燒結、塑性加工，最后加工成各種規格的電極。鎢鉬常規制備加工工序為壓制、預燒、垂熔燒結、開坯、203、202、201、鏈拉、絞直、切斷、磨光等，最后得到成品電極。傳統電極的生產除部分廠家（科研單位）以WO₃、WO_2.9等為原料外，大多數直接以APT為生產原料，自己煅燒制備WO₃、WO_2.9等、然后與稀土硝酸鹽摻雜、蒸發干燥、兩次氫氣還原后經傳統鎢鉬材料制備加工方法制備得到最終產品。該發明的制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、WO_2.9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。

鑒于在還原過程中多元復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℃）；這不同于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，對后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，有利于工藝的控制。在后續加工過程中，可以提高產品的成品率。

多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法改善效果

利用《多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法》所述方法制備的多元復合稀土-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。

《多元復合稀土-鎢電極材料的制備方法》其特征在于，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%；其余為鎢；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，并加入去離子水攪拌得到均勻的懸濁液，然后加入上述稀土硝酸鹽溶液，攪拌、蒸發干燥；

（2）蒸發干燥后經過一次氫氣還原，溫度為550C-700°C；二次氫氣還原，溫度為850°C-；1000°C制得多元復合稀土_鎢電極材料，平均粒度控制在1.2-1.4微米。

三元復合稀土鎢電極（EWX：天藍色條紋） 　眾所周知，常用鎢電極是釷鎢電極、鈰鎢電極、鑭鎢電極、釔鎢電極、 三元復合稀土鎢電極

目的就是為了平衡內部電子的遷移率和蒸發率，使得鎢電極性能發揮到極致，而且降低電子的電子逸出功。起弧和重復起弧很容易,并混入相同的不同氧化物如果焊接周期在大于15分鐘的情況下，它的使用壽命會更長。日本技術的研究表明，三元復合稀土鎢電極是非常成功的，而且焊接時的性能特別優良。因此預計該產品的更多型號將會出現在美國市場。日本和歐洲市場已經承認這種三元非放射性氧化物相結合的鎢電極。

全世界每年鎢電極的總消耗量以達到1600t，市場需求隨著經濟的發展仍在增長。中國鎢電極的年總產量約占全世界鎢電極產量的3/4。中國鎢電極的年產量一直穩步增長，而且從2005年起產量出現大幅增長，在2009年達到1200t。2100433B