DE3879183T2 - Entladungselektrodenmaterial. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Elektrodenwerkstoffe, die beim Schneiden metallischer Werkstoffe in einer oxidierenden Atmosphäre wie z.B. Frischluft und Sauerstoffatmosphäre geeignet sind, sind auf nur wenige Metalle wie z.B. Hafnium und Zirkonium eingeschränkt. Außer ihnen gibt es verschiedene Elektrodenwerkstoffe mit ausgezeichneter Leitfähigkeit und Hitzebeständigkeit, jedoch werden sie zu schnell verbraucht bzw. abgeschmolzen, als daß sie in einer oxidierenden Atmosphäre verwendet werden könnten, und sie sind nicht praktisch verwendbar.
• Hafnium und Zirkonium sind sehr teuer und schwer erhältlich, und die Schneidkosten sind sehr hoch. In letzter Zeit werden zusätzlich zu der Verbesserung und Modifizierung der Schneidausrüstung die Automatisierungs- und die Robotertechnik zum Zweck der Einsparung von Arbeitskosten und der Massenfertigung schnell gefördert, jedoch wird die Entwicklung der Schneidausrüstung durch die Verzögerung der Verbesserung des Elektrodenwerkstoffs beschränkt.
• Aus Transactions of J.W.R.I., Japanese Welding Institute, Bd. 16, Nr. 1, Juni 1987, S. 215 - 216, ist ein Yttriumoxid-Elektrodenwerkstoff bekannt, dem Rhenium zugesetzt ist.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist folglich eine Hauptaufgabe dieser Erfindung, einen Entladungselektrodenwerkstoff bereitzustellen, mit dem bei niedrigeren Kosten als bei der herkömmlichen Elektrode, die aus Hafnium oder Zirkonium hergestellt ist, eine hohe Leistung erzielt werden kann, und dieser Elektrodenwerkstoff ist im wesentlichen aus Yttriumoxid hergestellt, dem Ruthenium zugesetzt ist.
• Von diesen Bestandteilen der Elektrode hat Ruthenium einen hohen Schmelzpunkt und eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit, insbesondere eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur. Außerdem hat Yttriumoxid besonders hervorragende Entladungseigenschaften, und durch Kombinieren von Ruthenium und Yttriumoxid in einem geeigneten Verhältnis ist es möglich, eine stabile Entladungsleistung beizubehalten, während der auf Oxidation und auf Hitze zurückzuführende Verbrauch minimiert wird. Bei dem aus Ruthenium und Yttriumoxid hergestellten Elektrodenwerkstoff beträgt der vorzuziehende Rutheniumgehalt 40 bis 98 Masse%, und der Yttriumoxidgehalt beträgt vorzugsweise 60 bis 2 %. Dieser Elektrodenwerkstoff ist eine Legierung von Yttriumoxid mit Ruthenium, jedoch können Spuren anderer Elemente zugesetzt werden, soweit seine Eigenschaften nicht geopfert werden.
• Dieser Elektrodenwerkstoff kann beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird dem Ausgangsmaterial aus Rutheniumpulver (das beispielsweise eine mittlere Teilchengröße von 15 bis 20 um hat) Yttriumoxidpulver (das beispielsweise eine mittlere Teilchengröße von 5 bis 6 um hat) zugesetzt und vermischt, und das erhaltene Mischpulver wird gepreßt und zu einer gewünschten Gestalt geformt.
• Das erhaltene gepreßte Pulver wird gemäß einem bekannten Verfahren gesintert, wobei der gewünschte Elektrodenwerkstoff erhalten wird.
• Dieser Elektrodenwerkstoff hat im Vergleich zu dem herkömmlichen Zirkonium oder Hafnium eine ausgezeichnete Verfügbarkeit und besitzt im Vergleich zu ihnen eine etwa zwei- oder dreimal höhere Abnutzungsbeständigkeit, und er kann eine stabile Lichtbogenkennlinie liefern. Dieser Elektrodenwerkstoff kann seine Eigenschaften in einem Ausmaß zeigen, das für die Anwendung beim Luft-Plasmaschneiden, beim Plasmaspritzen und bei Einsätzen, wo Hitzebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit erforderlich sind, und anderen genügt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 und Fig. 2 sind erläuternde Zeichnungen eines Prüfgeräts, und Fig. 3 ist eine graphische Darstellung zum Ausdrücken der Beziehung zwischen Zusaminensetzung und Abnutzungsbeständigkeit.
Nähere Beschreibung der Erfindung
• Diese Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsform näher beschrieben.
• Rutheniumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 15,0 um und einer Reinheit von 99,9 % und Yttriumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 5,7 um und einer Reinheit von 99,9 % wurden 30 Minuten lang mittels eines Schüttelmischers trocken gemischt. Diesem Mischpulver wurde ein Bindemittel zugesetzt, um es zu granulieren. Die erhaltenen Körner aus Mischpulver von Ruthenium (Ru) und Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;) wurden in einer Form gepreßt, wobei ein gepreßtes Pulver mit einem Durchmesser von 2 mm und einer Länge von 4 mm erhalten wurde (Dichte des gepreßten Pulvers: 65 bis 75 %), und es wurde in Wasserstoff-Dampf vorgesintert (15 Minuten lang bei 500 ºC) und durch ein herkömmliches Verfahren gesintert (30 Minuten lang bei 2100 ºC), und es wurde ein aus einem Sinter hergestellter Elektrodenwerkstoff mit einem Durchmesser von 1,8 mm und einer Länge von 3,5 mm erhalten.
• Der erhaltene Elektrodenwerkstoff wurde unter Preßpassung in eine aus Kupfer hergestellte Stückhaltevorrichtung eingepaßt, um als Kathode verwendet zu werden, und als Anode wurde eine wassergekühlte Kupferplatte verwendet, und unter Anwendung des in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Prüfgeräts wurde eine Lichtbogenprüfung durchgeführt, um den Verbrauch zu messen. In den Zeichnungen ist die Ziffer 1 ein Brenner; 2 ist eine Elektrode; 2a ist ein Elektrodenwerkstoff; 3 ist eine wassergekühlte Kupferplatte; 4 ist eine Schneidstromquelle; 5 ist ein Luftdruckregler; 6 ist ein Kompressor; 7 ist eine Düse, und 8 ist ein Plasmalichtbogen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt.
• Die Prüfbedingungen in Fig. 3 waren ein Strom von 25 A, eine Spannung von 95 V, ein Luftdruck von 3,5 kg/cm² und eine Dauer von 5 Minuten. Der Verbrauch wird in Kubikmillimetern (mm³) ausgedrückt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, hat der Elektrodenwerkstoff dieser Erfindung im Vergleich zu den herkömmlichen Elektrodenwerkstoffen, die aus Zirkonium oder Hafnium hergestellt sind, einen geringen Verbrauch. Der vorzuziehende Bereich der chemischen Zusammensetzung beträgt, wie aus Fig. 3 hervorgeht, für Ruthenium 40 bis 98 % oder insbesondere 50 bis 96 %. Die Fertigung dieses Elektrodenwerkstoffs ist verhältnismäßig einfach, und die Verfügbarkeit der Materialien stellt kein Problem dar. Bei diesem Elektrodenwerkstoff wurde ein stabiler Plasmalichtbogen erhalten, und der Verbrauch war gering, und die Schnittfläche war im Fall der Anwendung als Schneidelektrode geradlinig und glatt, während die Schnittbreite gering und die Schneidgeschwindigkeit hoch war.

Claims (2)

1. Entladungselektrodenwerkstoff mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit, der im wesentlichen aus Yttriumoxid und Ruthenium besteht.

2. Entladungselektrodenwerkstoff nach Anspruch 1, bei dem der Yttriumoxidgehalt 60 bis 2 Masse% beträgt und der Rutheniumgehalt 40 bis 98 Masse% beträgt.