钨钼合金电极（W–Mo Alloy Electrode）的制备工艺是怎样的？
钨钼合金电极（W–Mo Alloy Electrode）的制备工艺
钨钼合金（W–Mo alloy）是一种典型的难熔金属固溶体合金，以钨（W）为基，掺入一定比例的钼（Mo），其熔点高（约2600–3400°C）、导电导热性能优良、抗蠕变与耐烧蚀性能突出，被广泛应用于电真空器件、电弧焊电极、真空蒸发源、放电加工电极以及高温炉部件等。由于W与Mo的熔点极高、蒸气压极低，常规冶金方法难以实现均匀合金化，因此主要采用粉末冶金法（Powder Metallurgy, PM）与真空熔炼法两类技术路线。
一、粉末冶金法（Powder Metallurgy Process）
粉末冶金法是制备钨钼合金电极的主流工艺路线。该方法可获得高纯度、组织均匀、孔隙率低的致密材料，且便于精确控制钨/钼比例（通常W含量70–95 wt.%）。
- 原料粉制备
原料类型：通常选用高纯度（≥99.9%）的钨粉与钼粉，粒度范围一般为1–5 μm。
制备方法：
钨粉：由仲钨酸铵（APT）经氢还原获得。
钼粉：由三氧化钼（MoO₃）经氢气还原获得。
粉末要求：粒度分布均匀，比表面积适中，含氧量<0.1 wt.%。
- 混粉与添加剂
混合配比：根据用途不同，典型配比为W:Mo = 70:30～90:10（质量比）。
混合方式：采用球磨或行星混料机混合4–12小时，以保证元素分布均匀。
助剂添加：可加入少量镍、铁、钴（0.1–0.5 wt.%）作为烧结活化剂，提高致密化效率；或加入Y₂O₃、La₂O₃以提升高温抗蠕变性能。
- 压制成坯（Compaction）
压制方式：
冷等静压（CIP）：压力100–300 MPa；
模压成型：压力150–250 MPa。
目标密度：压坯相对密度一般为理论密度的60–70%。
- 烧结（Sintering）
烧结环境：真空（10⁻³～10⁻⁴ Pa）或高纯氢气气氛。
温度范围：1800–2200°C。
保温时间：1–3小时。
机理：固相扩散促使钨与钼原子形成连续固溶体，晶粒逐步长大，孔隙收缩。
目标密度：烧结后相对密度≥95%。
- 致密化与热加工
热等静压（HIP）：温度1800–2000°C，压力100–200 MPa，可进一步提高密度至99%以上，减少残余孔隙。
锻造与轧制：在1200–1600°C下进行塑性变形，可改善晶粒取向与组织均匀性，提高抗裂性能。
- 热处理（退火/回火）
退火温度：1000–1200°C
目的：消除内应力、稳定组织、改善机械加工性能。
- 机械加工与表面处理
机械加工难点：W–Mo合金硬而脆，切削力大，刀具磨损严重。
常用工艺：线切割、电火花加工（EDM）、放电磨削、超硬刀具车削。
表面处理：可采用抛光、化学蚀刻或PVD镀层，提高电极表面光洁度与抗氧化性。
二、真空熔炼法（Vacuum Melting Method）
当需制备大尺寸块材、特种合金或高均匀性电极时，采用真空熔炼技术。
- 熔炼设备
电弧熔炼：采用钨极电弧熔炉，在氩气或真空下进行。
电子束熔炼（EBM）：利用高能电子束加热金属原料，可达到3000°C以上，适合高纯制备。
- 熔炼特点
熔炼温度范围：W–Mo体系约2800–3100°C。
熔炼环境：真空10⁻³ Pa或高纯惰性气体氩气。
熔后缓冷控制结晶速度，防止粗晶形成。
- 应用场合
适合制备直径>100 mm的大型电极坯或特殊高Mo含量合金。
产品纯度可达99.99%，但成本较高，设备要求严格。
三、机械加工与精整（Finishing and Machining）
钨钼合金的硬度高（约HB 400–500），延展性差，常规机械加工效率低。
四、W–Mo合金电极典型性能参数（参考值）
五、总结
粉末冶金法：适合高纯、高致密、小中型电极的批量制备，工艺可控性强。
真空熔炼法：适合大型电极或特殊配方合金制备，成本高但均匀性好。
后续加工：需结合热处理与精密机械加工，以获得尺寸精度与表面性能。
总体而言，W–Mo合金电极制备是一个集粉体工程、高温冶金与精密加工于一体的系统工艺过程，其优化与控制对电极性能（导电性、耐蚀性、寿命）具有决定性影响。
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