多元复合稀土钨电极研究

多元复合稀土钨电极是用于取代有放射性危害的钍钨电极的新一代绿色环保产品,笔者介绍了在深入的机理研究和性能测试基础上,设计筛选出了多元复合稀土钨电极的最佳成分,并对该成分的钨电极进行了产业化技术研究和工业生产考察,取得了圆满的结果。     

稀土钨电极材料的研究

钍钨电极具有放射性,其生产和使用过程中污染环境危害人类身体健康,因此需要新型电极产品加以替代,稀土钨电极焊接性能优良一直作为钍钨电极的替代产品而倍受关注,回顾课题组在稀土钨电极的研究历程,经过对单元稀土钨电极、二元复合稀土钨电极、三元复合稀土钨电极的研究,目前通过与北京钨钼材料厂合作,共同突破了多元复合稀土钨电极的工业化生产技术,实现了该类电极批量生产。     

复合稀土钨电极研究

测试了几种稀土钨电极的焊接性能,并对其组织结构进行了分析,深入探讨了稀土在不同电极中的作用机理。发现高温下稀土相形状将发生改变,毛细管现象只在电极开始工作时存在。由于传输速率和蒸发速率不同,铈钨电极头部出现贫稀土,侧面形成环状富集;1:2:1镧铈钇电极侧表面富稀土;1:1:3镧铈钇电极表面出现融熔;稀土通过融熔的钨传输到表面;从而保持电极的形状不变和电弧的稳定。     

多元复合稀土钨电极的制备及其焊接特性研究

本论文采用机械混合法结合二段氢气还原成功制备出稀土掺杂钨粉。还原后的稀土钨粉冷等静压压制成钨棒后,采用中频感应烧结法制备出稀土钨电极。实验结果表明,制备的稀土钨粉,由于稀土元素的存在,降低了钨粉的粒度。稀土元素以稀土氧化物的形式存在。与垂熔法相比,采用中频感应烧结后的钨棒机械加工性能优异。电极成品率提高了5%,能耗则降低了60%以上。并且制成电极后的焊接性能得到了进一步提高。     

三元复合稀土钨电极烧结分层机理探讨

对ф16mm三元复合稀土钨电极垂熔烧结时所产生的烧结分层现象进行了研究。采用SEM、XRD方法对垂熔坯条的形貌和物相组成进行了分析,并对第二相粒子进行了EDAX定点能谱分析。用ICP-AES方法分析了坯条不同区域稀土氧化物的百分含量,利用电子探针（EPMA）对稀土元素在坯条断口上的分布进行了探测。根据烧结坯条的显微组织及不同区域成分的差异,探讨了稀土元素在这种大坯条烧结工艺制度下的扩散与挥发过程。结果表明：稀土元素在坯条截面上分布不均匀;同时稀土第二相粒子多分布在钨基体晶粒的晶界上;边缘和中心稀土第二相及钨晶粒大小、数目不一,稀土元素的挥发扩散不仅造成了烧结坯条断面成分不均,而且进一步加重了温度梯度引起的组织不均匀性,最终造成了分层现象的发生。     

钨电极加工变形组织研究

对钍钨电极、单元稀土钨电极和多元稀土钨电极的3个典型状态(再结晶退火态、202旋锻、成品)的显微组织进行观察,探讨钨电极在加工过程中组织演变规律。结果表明:在加工过程中,三种电极显微组织均随加工程度的增加逐步纤维化,但第二相的行为却各有特点。钍钨电极第二相颗粒细小,变形能力较差;单元稀土钨电极的第二相颗粒略大,变形能力较强;多元稀土钨电极第二相颗粒最大,变形能力差。在现有的工艺条件下,钍钨电极和单元稀土钨电极的加工性能优于多元稀土钨电极,第二相尺寸大小和变形能力对钨电极的加工性能具有重要影响。     

高性能等离子喷枪用多元复合稀土钨电极研制

本论文以"多元复合稀土钨电极及其制备技术"2008年国家技术发明二等奖为基础,采用喷雾干燥法并结合两段氢气还原成功制备出多元复合稀土掺杂钨粉。经过冷等静压压制、中频感应烧结后制备出等离子喷枪电极。实验结果表明,多元复合稀土的掺杂,降低了钨粉的粒度,进而提高了稀土在电极中元素的分布均匀性,稀土元素分布均匀性的提高降低了钨电极的烧损量,同时采用中频感应烧结制备的电极密度要大于垂熔烧结制备的电极。与目前使用的等离子喷枪电极相比,采用中频感应烧结制备的多元复合稀土钨电极抗烧损性能更好,电极寿命更长。     

稀土钨电极在金卤灯的应用研究

利用液-固混合法制备的含稀土氧化物的钨基合金材料,经加工制成小功率金卤灯电极,并组装成70W的金卤灯整灯。对不同电极材质的金卤灯测定发光特性,并进行分析对比,钨镝和钨镝钇合金电极的金卤灯的启动、防溅性能和抗腐蚀性能可达到钨钍合金电极的水平。     

稀土钨电极在高强度气体放电灯中的应用研究

通过对单元稀土钨合金材料和多元稀土钨合金材料的研究及稀土钨电极的制备,并组装成不同功率的照明金卤灯和汽车金卤灯,测定其发光性能,经对比分析,可知用稀土钨电极的灯的主要性能达到钍钨电极灯的水平,能部分取代传统的有放射性污染的钍钨电极,实现环保条件和材料性能的双替代。     

稀土钨、钼电极电子发射性能研究与应用开发

介绍了等者最近几年关于稀土钨、钼材料的研究工作。研究结果表明,在钨和钼中掺入不同稀土氧化物种类和含量,可制成系列稀土钨电极材料,其综合焊接性能超过先行的钍钨电极材料,克服了钍钨电极的放射性污染。所研制的稀土钼材料,具有工作温度低、韧性好的无放射性污染,由于发射稳定性的突破,使稀土钼阴极材料达到实用化。     

稀土钨、钼电极电子发射性能研究与应用开发

介绍了笔者最近几年关于稀土钨、钼材料的研究工作.研究结果表明,在钨和钼中掺入不同稀土氧化物种类和含量,可制成系列稀土钨电极材料,其综合焊接性能超过先行的钍钨电极材料,克服了钍钨电极的放射性污染.所研制的稀土钼材料,具有工作温度低、韧性好和无放射性污染,由于发射稳定性的突破,使稀土钼阴极材料达到实用化.     

稀土钨电极研究与应用

介绍了近年对TIG(钨极惰性气体保护焊)和PLASMA(等离子体)焊接、切割用钨电极材料的研究进展和应用情况 ,着重对稀土钨电极材料及稀土氧化物作用等有关研究问题进行了讨论。对W -La2O3、W -CeO2、W -Y2O3 电极材料的热电子发射能力和稳定性研究表明 :在中小电流时2.2-wt%La2O3-W电极具有较好的电子发射能力和稳定性 ,钇钨和铈钨次之 ;在大电流工作时 ,钇钨电极热电子发射能力和稳定性最好。对制备的二元复合稀土钨电极(W -La2O3-Y2O3、W -La2O3-CeO2、W -Y2O3-CeO2)和三元稀土钨电极(W -La2O3-Y2O3-CeO2)的性能与单元稀土钨电极材料(W -La2O3、W -CeO2、W -Y2O3)和钍钨电极材料进行了比较。结果表明 ,复合稀土钨电极材料的焊接电弧性能优于单元稀土钨电极和钍钨电极。但它们的性能又各不相同 ,可适应交流焊、薄板和中厚板不同焊接工作的需求。研究表明、电极的使用性能强烈依赖于稀土金属氧化物。燃弧过程中它们的行为是影响电极使用性能、电极温度、逸出功和电极稳定性的最重要的因素。     

包钢稀土钢生命周期评价研究

文章介绍了国内外钢铁行业生命周期评价(LCA)研究的发展情况,详细论述了包钢稀土钢生命周期评价工作的具体研究内容和研究意义,指出包钢稀土钢生命周期评价研究是包钢实现绿色制造、生态设计,打造绿色产品的重要方法,有利于改善稀土钢产品的环境效益,有利于企业的绿色发展和区域环境的改善。     

稀土元素钨硅杂多配合物的合成与稀土多元渗及导电性

报道了稀土元素钨硅三元杂多酸钾K13[Ln(SiW11O39)2]·xH2O(Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Yb,Y)的合成,通过IR光谱、TG-DTA分析、XRD和XPS等现代分析方法测试表明,新配合物仍保持Keggin结构。采用气相法,对合成配合物进行了稀土扩渗研究,通过ICP测试证明La,Sm,Dy已渗入到配合物的体相,并用四电极法和交流阻抗法测定了其导电性。     

熔盐电解稀土用钨电极的制备工艺研究

采用适当的含镍化合物及相应的加入方式制备镍包钨粉,微量镍可在钨颗粒表面均匀包覆;镍包覆钨粉经活化烧结生产的致密钨棒用于稀土电解的阴极,较传统的钼阴极具有更强的抗腐蚀性。用质量分数为0.4%的微量镍包覆钨粉,可实现在低于1 500℃温度下烧结出相对密度大于90%的致密钨材。该钨电极制备工艺具有流程短、生产成本低、质量稳定等特点。     

TIG焊用几种钨电极的焊接性能研究

随着国家对具有放射性危害的钍资源有计划性的管理,钍的价格不断上升,推动了焊接领域环保钨电极替代钍的发展。对市场上现有替代钍钨的Ce-W,三元稀土W电极(La-Ce-Y)以及美国市场上积极推广的E3电极的焊接性能进行研究,采用钨极氩弧焊(TIG)直流正接(DCSP)的方法研究了几种电极的高温抗烧损性能,尺寸稳定性以及静特性曲线,并对燃弧后电极尖端的表面形貌进行了扫描电镜(SEM)观察,对稀土添加相La2O3,Y2O3,CeO2在电极尖端轴向分布进行了能谱分析(EDX)。对比试验结果发现,在焊接电流200 A工作5 h后,E3和WX电极的烧损量明显小于Th-W,Ce-W电极,且质量损失随时间呈近似的线性关系,尺寸稳定性好。从金相组织可以看出Th-W,Ce-W电极再结晶晶粒粗大,E3和WX电极的再结晶晶粒小,再结晶程度较弱,从侧面说明E3和WX电极工作温度较低,电子发射能力强。几种稀土氧化物的行为揭示了电极性能差异的本质原因,多元电极中,CeO2的扩散速率最快,使得其在小电流焊接和起弧过程中作用明显。Y2O3和La2O3热稳定性好,只有在较高温度时其扩散速率才明显增加,因此它们在大电流长时间焊接时作用突出。由于几种元素的协同作用,降低了电极表面的逸出功,并使得电子发射过程稳定。因此,三元稀土钨电极(WX)具有优异的焊接性能。     

多元复合稀土钼材的研究

介绍了通过粉末冶金方法在钼中掺杂１种稀土氧化物（简称单元稀土）和掺杂３种稀土氧化物（简称多元复合稀土）制取钼材的工艺要点,并对掺杂钼粉、坯条及不同温度退火丝材的性能和组织进行了研究。结果表明：多元复合稀土钼丝的生产工艺与纯钼丝生产工艺基本相同;多元复合稀土同单元稀土一样,都能大大提高钼丝的强度;多元复合稀土钼丝与同含量的单元稀土钼丝相比,多元复合稀土钼丝表现出优异的高温退火强度,具有更高的延伸率和可加工性。     

沉淀分离-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定稀土钨电极中镧铈钇

准确测定稀土钨电极中稀土元素的含量,对于研究产品理化性能、把控产品质量、推动产品性能升级等具有积极意义。实验采用3.0mL氢氟酸-2.0mL硝酸溶解样品,经高氯酸冒烟,将大部分基体以钨酸(H₂WO₄)形式析出,加快反应速度的同时避免了基体对稀土元素测定的干扰。选择La 333.7nm、Ce 418.6nm、Y 360.0nm为分析谱线,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定稀土钨电极中镧、铈、钇配分含量。校准曲线线性相关系数均大于0.999 9,方法检出限为0.003%～0.006%。按照实验方法测定稀土钨电极实际样品,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为1.5%～3.2%,加标回收率为98%～101%。     

微色谱柱分离分光光度法连续测定包头稀土精矿中铈组稀土和钍

通过阳离子交换树脂微色谱柱分离,建立了分光光度法连续测定稀土精矿中铈组稀土和钍的方法。含大量稀土元素和钍的1 mol/L HCl试液流经HD-8阳离子交换树脂微色谱柱,钍和稀土同时被保留在树脂上,用1 mol/L HCl淋洗杂质元素,4 mol/L HCl-2 mol/LNH4Cl洗脱液洗脱稀土,然后柱子用200 g/L NH4Cl溶液转型,水洗去多余的铵根离子,40g/L草酸铵溶液洗脱保留在柱子上的钍。从柱子洗脱下来的稀土和钍以偶氮胂Ⅲ作显色剂光度法分别测定。该法用于测定包头稀土精矿中铈组稀土和钍,相对标准偏差(RSD)分别为0.24%和2.7%。