多元稀土鎢電極中稀土元素的作用機理

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品樣品進行分析；

（3）在以下條件下與2%鎢釷電極進行焊接對比測試，見表2。

表1 氣體樣分析結果

表2

2 結果與討論

2.1 稀土元素在制粉顆粒中作用

采用相同的藍鎢及摻雜工藝，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行掃描電鏡檢測，發現Y2O3的細化粉末顆粒的作用遠強于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中的作用機理

采用相同的中頻燒結工藝，燒結后對鎢電極棒進行密度檢測，其結果如表3 所示。

表3

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

另外對比兩者金相組織上的差異發現，X321 的平均晶粒數達到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有著極強細化晶界組織的能力，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理

將21 mm 燒結棒加工到2.4×150 mm 成品電極需要經過連續的旋鍛及過程退火，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、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，導致過程中組織的變化程度不一致，尤其是晶界的滑移、再結晶等。在對比X321 和X320 及常規單元素稀土鎢棒在9.0 mm、6.5 mm、3.7 mm、2.4 mm 規格位置上橫縱向金相組織及掃描電極結果發現：A、Y2O3 使得加工過程中鎢桿的硬度高出20%～30%，晶粒數是同規格其他牌號的3～8 倍。B、La2O3使得加工過程的加工溫度需提高30～50 ℃，以規避加工過程的橫縱裂紋產生；C、CeO2在9.0 mm 和6.5 mm 的退火點均表現出較低的過熔溫度，再結晶程度最大，起到快速下降加工強度的作用；D、ZrO2在退火及旋鍛過程中變化最小，表現出較好的耐溫性。

表3

3 結 語

通過對多種元素在稀土鎢電極中作用機理的研究，可以發現稀土元素在鎢電極生產中有著不同的影響：Y2O3可以使得粉末粒度下降，燒結活化能提高，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，適當降低加工所需的溫度；ZrO2是作為穩定劑的作用，尤其是同時增加Y2O3時，可以控制Y2O3的晶界細化效果，從而改善加工過程。