鎢電極的起源與發展

1913年平奇(Pintsch)發現了W- ThO2電極材料，在純鎢中添加2%（質量分數）左右的ThO2，其逸出功率降低近一半而減小至2.63eV（純鎢為4.55eV），大大提高了發射效率，可達50mA/W~70mA/W（經碳化的純鎢電極只有25mA/W~40mA/W）.而且W- ThO2的引弧和穩定性能也比純鎢大大提高。但是釷屬于天然放射性元素，其α射線的半衰期長達1.4×1014年，在生產和使用中的放射性污染對環境和人體健康造成危害；日益高漲的環保意識限制了它的發展，而且W- ThO2電極的電弧穩定性和耐久性也不能滿足日益發展的焊接技術的需求，因此各國材料工作者都一直在進行研究和開發新的代釷鎢電極材料。

鈰鎢是為了取代具有放射性污染的釷鎢材料而發展起來的新型鎢電極材料，前蘇聯在上世紀60年代已有研制新型電極材料的報道，我國上海燈泡廠在1973年開始研究W- CeO2電極，首先試制成功并應用，并已被國際標準化組織列入非熔化極標準中。目前國外大多采用純鎢粉與鈰化合物直接混合的方法制取鈰鎢粉末。國內則通過采用藍鎢濕法摻雜二氧化鈰，一次性還原、酸洗、等靜壓成型、軋制開坯等工藝所研制的鈰鎢電極，經檢測和使用表明，所研制的鈰鎢粉末純度高，壓制性能和燒結性能好；鈰鎢坯的鈰含量均勻，加工性能良好。電極一致性好，起弧性能佳，贏得了用戶的廣泛好評。實踐證明，鈰鎢電極在小規格焊接用鎢電極方面成功取代了釷鎢，但在交流氬弧焊電極、氣體放電光源等方面尚不能完全取代釷鎢，而且鈰鎢電極還存在引弧較差，使用壽命較短等不足之處。

在我國90年代，為了制取性能優良且無污染的鎢電極，在三氧化鎢粉末中添加氧化鑭，經過還原、壓制、垂熔、旋鍛、拉伸制得了鑭鎢電極。經分析，鑭鎢電極的電性能明顯優于鈰鎢和釷鎢電極，鑭鎢中的氧化鑭的遷移速率和蒸發速率低，能形成較好的燕尾搭接金相組織，具有良好的高溫抗蠕變性能。采用高能球磨和真空熱壓燒結工藝制備出塊體納米晶w-La2O3電極材料，研究了不同La2O3含量對納米晶鎢電極材料電性能的影響，同時用掃描電鏡和能譜儀測定了燃弧后電極尖端La的分布及顯微組織。結果表明：納米晶W-La2O3電極的電性能優于傳統的粉末冶金粗晶鎢電極。當La2O3。含量在6％～8％時，其熱電子發射能力和穩定性最好，但是隨著稀土La2O3含量的增大，鑭鎢電極的成型性和加工性更加困難。

東芝公司Y．Ishiwata和Y．Itoh采用粉末冶金的方法制出彌散氧化釔與鎢的復合材料，并對Y2O3／W 的燒結性能，抗熔融金屬腐蝕性能和其他獨特性能進行了研究，他們認為氧化釔的加入對于鎢材的燒結致密性有明顯的改善作用，且燒結時出現液態的Y2(WO4)3，可抑制熔融金屬滲浸到鎢晶界中，從而提高鎢對熔融金屬的抗腐蝕性。低逸出功的Y2O3化合物覆蓋了電極表面，從而電極燒損很小。

隨著焊接工業的不斷進步與發展，對電極材料的可靠性和穩定性提出了更為苛刻的要求。多元稀土氧化物以其高熔點，低電子逸出功，優良的熱電子發射性能，成為代替釷鎢的主要材料，并在小規格焊接用鎢電極方面成功地取代了釷鎢；但在交流氬弧焊時仍存在引弧較差、使用壽命短等不足之處。一般來說，復合稀土鎢電極的燃弧特性均優于單元稀土鎢電極，而復合稀土鎢電極中，三元復合又好于二元復合。

上世紀80年代后期，一批日本學者在研制氬弧焊機新型鎢電極材料方面取得了一些進展，特別是研究了一系列復合稀土鎢電極材料。在電極成分設計、性能比較和機理探討方面做了大量工作，發現二元復合稀土能改善鎢電極的性能。大阪大學的學者們對復合(二元、三元)的稀土鎢電極也進行了研究，初步研究表明：對二元稀土鎢電極而言，CeO2：Y2O3=1：3(W -CeO2=0．5％，W- Y2O3=1．5％)；CeO2：La2O3=1：1；La2O3：Y2O3=1：3，這三種成份的鎢電極性能較為突出，尤其是耐久性，其中1：3的(La2O3+ Y2O3)鎢電極燃弧4h(180A)仍具良好的性能，燃弧10h的性能耐久性也可接受，這比單元稀土鎢電極的耐久性要強得多。對于三元稀土鎢電極來說，最佳的稀土氧化物比例是CeO2：La2O3：Y2O3=1：1：3，這種電極的良好操作性能可持續10 h(180A)，較其它二元電極和單元w- La2O3電極(10 h熔化嚴重)的端部形狀保持得更好。在復合稀土氧化物鎢電極中，此類電極的工作溫度最低，發射效率最高：電子逸出功最低，即發射本領最高，綜合性能較為突出。北京工業大學和北京鎢鉬材料廠合作研究二元復合稀土鎢電極，以及三元復合稀土鎢電極，認為復合鎢電極的焊接電弧和工藝均優于單稀土鎢電極和釷鎢電極。