[发明专利]熔盐电解用钨阴极及其制备方法和激光熔覆技术的用途

说明书

本发明公开了一种熔盐电解用钨阴极的制备方法，包括如下步骤：在钨基体的待激光熔覆的表面依次激光熔覆铜、不锈钢和抗腐蚀金属复合材料，得到具有铜熔覆层、不锈钢熔覆层和抗腐蚀金属熔覆层的钨阴极；其中，所述待激光熔覆的表面为自钨基体的同一端部起，钨基体长度的1/10处至钨基体长度的1/4处之间区域的钨基体表面；所述抗腐蚀金属复合材料由如下成分组成：C 0.02wt％～0.06wt％、Si 1.5wt％～2.5wt％、W 2.5wt％～3.5wt％、Fe≤7wt％、Mo10wt％～20wt％、Cr 20wt％～30wt％、ZrO 8wt％～20wt％、B0.4wt％～0.8wt％和余量的Ni。该方法可将传统钨阴极的使用寿命由200天左右延长至310～320天。

技术领域

本发明涉及一种熔盐电解用钨阴极及其制备方法，还涉及一种激光熔覆技术的用途。

背景技术

采用稀土熔盐电解法制备稀土金属时，熔盐电解液多采用氟化物及氧化物，且电解时的电流高达上千安，电解质的温度可达1000℃以上，工作状况十分恶劣，因此需要选用抗腐蚀性强、难熔的金属作为阴极。目前，生产中一般采用钨阴极。

实际生产时，由于暴露在熔盐液面以上的钨阴极部位(特别是靠近熔盐液面的部位)长期处于700℃～850℃的高温条件下，且易受到挥发性气体的气流冲击，该部位极易发生氧化，进而导致钨阴极的腐蚀和失效。由于钨属于稀有金属，价格昂贵，频繁更换钨阴极不但增加生产成本，而且影响生产效率。因此，亟需开发一种新工艺用以提高钨阴极材料的耐腐蚀性，延长钨阴极的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种熔盐电解用钨阴极的制备方法，其可以提高钨阴极的耐腐蚀性，延长钨阴极的使用寿命。

本发明的另一个目的在于提供一种耐高温、耐腐蚀的熔盐电解用钨阴极。

本发明的再一个目的在于提供一种激光熔覆技术在提高钨阴极耐腐蚀性中的用途。

一方面，本发明提供一种熔盐电解用钨阴极的制备方法，包括如下步骤：

在钨基体的待激光熔覆的表面依次激光熔覆铜、不锈钢和抗腐蚀金属复合材料，得到具有铜熔覆层、不锈钢熔覆层和抗腐蚀金属熔覆层的钨阴极；其中，

所述钨基体的待激光熔覆的表面为自钨基体的同一端部起，钨基体长度的1/10处至钨基体长度的1/4处之间区域的钨基体表面；

所述抗腐蚀金属复合材料由如下成分组成：C 0.02wt％～0.06wt％、Si 1.5wt％～2.5wt％、W 2.5wt％～3.5wt％、Fe≤7wt％、Mo10wt％～20wt％、Cr 20wt％～30wt％、ZrO8wt％～20wt％、B0.4wt％～0.8wt％和余量的Ni。

根据本发明的一些实施方式，所述抗腐蚀金属复合材料由如下成分组成：C0.03wt％～0.06wt％、Si 2wt％～2.5wt％、W 3wt％～3.5wt％、Fe≤5wt％、Mo 14wt％～15wt％、Cr 23wt％～26wt％、ZrO13wt％～17wt％、B 0.6wt％～0.8wt％和余量的Ni。这种配比的抗腐蚀金属复合材料不仅具备较高的抗高温和抗腐蚀性能，且激光熔覆效果良好，不易脱落。

如图1所示，本发明的熔覆区域包括中部区域1和端部区域2。其中，端部区域2的各熔覆层的厚度自熔覆区域的端部至中部逐渐增大；中部区域1的各熔覆层的厚度与端部区域2的各熔覆层的最大厚度相等。这样可以减小钨阴极在使用过程中产生的内应力，避免熔覆层开裂或脱落。本发明中，所述铜熔覆层的厚度、所述不锈钢熔覆层的厚度和所述抗腐蚀金属熔覆层的厚度均指中部区域1的熔覆层厚度。

根据本发明的制备方法，优选地，还包括如下步骤：将所述具有铜熔覆层、不锈钢熔覆层和抗腐蚀金属熔覆层的钨阴极进行表面处理和退火，得到熔盐电解用钨阴极。