多元稀土鎢電極中稀土元素的作用機(jī)理

李晶

（贛州虹飛鎢鉬材料有限公司，江西 贛州 341000）

1 測試方法

（1）選取了本公司開發(fā)的兩款新的多元稀土鎢電極作為測試樣板，其牌號及元素組成見表1。

（2）取多元稀土鎢電極主要工藝流程中的產(chǎn)品樣品進(jìn)行分析；

（3）在以下條件下與2%鎢釷電極進(jìn)行焊接對比測試，見表2。

表1 氣體樣分析結(jié)果

表2

2 結(jié)果與討論

2.1 稀土元素在制粉顆粒中作用

采用相同的藍(lán)鎢及摻雜工藝，在同一還原爐，還原溫度分別為780、850、900、920、860 ℃，氫氣流量6 m3/g，裝舟520 g，推速30 min/舟的條件下，還原X321 及X320 兩種牌號摻雜藍(lán)鎢，其粒度分別為1.15 um 和1.85 um，在對粉末顆粒形貌及稀土分布上進(jìn)行掃描電鏡檢測，發(fā)現(xiàn)Y2O3的細(xì)化粉末顆粒的作用遠(yuǎn)強(qiáng)于La2O3，在對比單元素稀土鎢電極（鎢鈰、鎢鑭、鎢鋯）粉末后，得出稀土元素在還原階段，細(xì)化粉末顆粒的能力依次為Y2O3>La2O3≧CeO2>ZrO2

2.2 稀土元素在中頻燒結(jié)中的作用機(jī)理

采用相同的中頻燒結(jié)工藝，燒結(jié)后對鎢電極棒進(jìn)行密度檢測，其結(jié)果如表3 所示。

表3

由此可見由于Y2O3在粉末的細(xì)化作用，極大的增加了粉末的表面活化能，使得燒結(jié)密度接近理論密度的99.05%，各元素在中頻燒結(jié)部分改善燒結(jié)鎢棒密度的作用機(jī)理與制粉中基本一致。

另外對比兩者金相組織上的差異發(fā)現(xiàn)，X321 的平均晶粒數(shù)達(dá)到30000 個/mm2，而X320 只有9000 個/mm2，單元素稀土鎢棒中鎢鈰為8000 個/mm2，鎢鑭7000 個/mm2，鎢鋯僅有2000 個/mm2，由此可見Y2O3有著極強(qiáng)細(xì)化晶界組織的能力，La2O3和CeO2作用能力接近。

2.3 稀土元素在旋鍛加工過程中的作用機(jī)理

將21 mm 燒結(jié)棒加工到2.4×150 mm 成品電極需要經(jīng)過連續(xù)的旋鍛及過程退火，在這個過程中，各牌號鎢電極棒對于加工溫度、加工壓縮比、加工速度、過程退火點(diǎn)、過程退火溫度的敏感程度不一，其主要原因是組成成分存在差別，導(dǎo)致過程中組織的變化程度不一致，尤其是晶界的滑移、再結(jié)晶等。在對比X321 和X320 及常規(guī)單元素稀土鎢棒在9.0 mm、6.5 mm、3.7 mm、2.4 mm 規(guī)格位置上橫縱向金相組織及掃描電極結(jié)果發(fā)現(xiàn)：A、Y2O3 使得加工過程中鎢桿的硬度高出20%～30%，晶粒數(shù)是同規(guī)格其他牌號的3～8 倍。B、La2O3使得加工過程的加工溫度需提高30～50 ℃，以規(guī)避加工過程的橫縱裂紋產(chǎn)生；C、CeO2在9.0 mm 和6.5 mm 的退火點(diǎn)均表現(xiàn)出較低的過熔溫度，再結(jié)晶程度最大，起到快速下降加工強(qiáng)度的作用；D、ZrO2在退火及旋鍛過程中變化最小，表現(xiàn)出較好的耐溫性。

表3

3 結(jié) 語

通過對多種元素在稀土鎢電極中作用機(jī)理的研究，可以發(fā)現(xiàn)稀土元素在鎢電極生產(chǎn)中有著不同的影響：Y2O3可以使得粉末粒度下降，燒結(jié)活化能提高，但是卻帶來了加工硬化速率過快的問題；La2O3對加工溫度要求較高，雖然在粉末段表現(xiàn)與CeO2非常接近，但是其對加工溫度和壓縮比的敏感程度更高；CeO2可以改善稀土電極加工過程退火效果，隨著CeO2比例的增加，適當(dāng)降低加工所需的溫度；ZrO2是作為穩(wěn)定劑的作用，尤其是同時增加Y2O3時，可以控制Y2O3的晶界細(xì)化效果，從而改善加工過程。