Wolfram-Lanthanoxid (WL): Eigenschaften & Einsatz | Negele

Wolfram-Lanthanoxid (WL)

Lanthanoxid: ein Zusatz, der sich gewaschen hat. Wolfram-Lanthanoxid (WL, auch WLa) ist mit 1 bis 2 Gew.-% Lanthanoxid (La₂O₃) dotiertes Wolfram. Die fein verteilten Oxidpartikel erhoehen die Kriechfestigkeit und die Rekristallisationstemperatur, verbessern die Bearbeitbarkeit und senken die Austrittsarbeit der Elektronen, was die Zuendung des Lichtbogens erleichtert. Entscheidend fuer die Praxis: WL ist nicht radioaktiv und ersetzt damit thorierte Wolframelektroden (WT20) in der WIG-Schweisstechnik. Negele Hartmetall-Technik fertigt WL-Bauteile und -Elektroden nach Zeichnung, vom Einzelteil bis zur Serie.

WL gehoert zur Familie der oxiddispersionsverfestigten (ODS) Refraktaermetalle. Es ist das Wolfram-Gegenstueck zum lanthanoxiddotierten Molybdaen (MoLa): In beiden Faellen halten unloesliche Oxidpartikel das Gefuege auch bei hohen Temperaturen stabil und verhindern das Durchhaengen ("non-sag") von Draehten und Elektroden.

Vier flache, rechteckige Elektroden aus Wolfram-Lanthanoxid (WL) mit Loechern, nach Zeichnung gefertigt und verdreht angeordnet. — Flachelektroden aus Wolfram-Lanthanoxid (WL), gefertigt nach Kundenzeichnung.

Eigenschaften von Wolfram-Lanthanoxid

Die Wirkung der Dotierung beruht auf Dispersionsverfestigung: Beim Sintern und anschliessenden Umformen verteilen sich feine La₂O₃-Partikel im Wolfram und verankern Korngrenzen und Versetzungen. Durch das Walzen und Ziehen entsteht daraus eine langgestreckte Faserstruktur, die die Rekristallisation behindert. Untersuchungen zur thermischen Stabilitaet von W-La₂O₃ bestaetigen die erhoehte Rekristallisationstemperatur und Warmfestigkeit gegenueber reinem Wolfram.

Gefuegeschema: reines Wolfram mit grobkoernigem rekristallisiertem Gefuege gegenueber WL mit langgestreckter, durch La2O3-Partikel stabilisierter Faserstruktur. — Reines W (rekristallisiert) gegenueber der durch La₂O₃ stabilisierten Faserstruktur von WL.

Die meisten physikalischen Kennwerte entsprechen weitgehend denen von reinem Wolfram, da der Dotierungsanteil bei 1 bis 2 Gewichtsprozent liegt. Wolfram bietet laut AZoM den hoechsten Schmelzpunkt aller Metalle (3.420 °C), eine hohe Waermeleitfaehigkeit von etwa 160 W/(m·K) und eine sehr niedrige Waermeausdehnung. Die Lanthanoxid-Dotierung senkt zudem die Austrittsarbeit der Elektronen, sodass der Lichtbogen leichter zuendet und stabiler brennt als bei reinem Wolfram.

Der wichtigste praktische Vorteil betrifft die Sicherheit: Im Gegensatz zu thoriertem Wolfram (WT20 mit 2 % Thoriumoxid) enthaelt WL keine radioaktiven Bestandteile. Thoriumoxid ist ein Alphastrahler, und beim Schleifen thorierter Elektroden kann radioaktiver Staub entstehen. Die DGUV/IFA empfiehlt daher thoriumfreie Elektroden wie WL.

Eigenschaft	Einheit / Norm	WL (dotiert)	Reines W
La₂O₃-Dotierung	Gew.-%	1 bis 2	0
Dichte (30 °C)	g/cm³	18,8	19,3
Haerte	HV30	>450 / ~350 (rekrist.)	275 bis 450
Schmelzpunkt	°C	3.420	3.420
Siedepunkt	°C	5.900	5.900
Waermeleitfaehigkeit (20 °C)	W/(m·K)	160	160
Laengenausdehnung (0 bis 100 °C)	10^-6/K	4,25	4,2
Elastizitaetsmodul	GPa	410	410
Spez. Wärme (20 °C)	J/(g·K)	0,135	0,135
Radioaktivitaet	-	nicht radioaktiv	nicht radioaktiv
Kristallstruktur	-	kubisch-raumzentriert (krz)	krz

Quelle: Hauseigene Produktdaten (WolframSpezial WS / WL), Stand 01.01.2015. Mechanismus und Rekristallisation aus Fachliteratur (ScienceDirect, AZoM).

Makroaufnahme der fein angeschliffenen Spitze einer Wolfram-Lanthanoxid-Elektrode (WL) mit goldener Kennfarbe und laengsgeschliffener Oberflaeche. — Fein angeschliffene Spitze einer WL-Elektrode: Der Anschliff entlang der Faserstruktur stabilisiert den Lichtbogen.

WL als thoriumfreier Ersatz fuer WIG-Elektroden

In der WIG-Schweisstechnik (Wolfram-Inertgas, englisch GTAW/TIG) waren jahrzehntelang thorierte Elektroden (WT20) Standard. Wegen der Radioaktivitaet des Thoriumoxids hat sich Wolfram-Lanthanoxid als bevorzugter, thoriumfreier Ersatz durchgesetzt. WL zuendet zuverlaessig, brennt im niedrigen Strombereich stabil und eignet sich sowohl fuer Gleichstrom (DC) als auch fuer Wechselstrom (AC), beim Schweissen von Stahl, Aluminium, Nickel, Titan und Kupferlegierungen.

Lanthanierte Elektroden werden nach Lanthanoxid-Anteil in Sorten unterteilt und nach ISO 6848 sowie AWS A5.12 farblich gekennzeichnet. So lassen sie sich eindeutig identifizieren und sicher gegen thorierte Elektroden austauschen. Die gaengigen Sorten WL15 (gold) und WL20 (blau) decken den Grossteil der Anwendungen ab.

WL10

La₂O₃: 1,0 %

Kennfarbe: schwarz

Einsatz: DC, kleine Stroeme

WL15

La₂O₃: 1,5 %

Kennfarbe: gold

Einsatz: Allrounder, DC und AC

WL20

La₂O₃: 2,0 %

Kennfarbe: blau

Einsatz: hohe Strombelastung

Kernaussage WL ist die richtige Wahl, wenn Elektroden und Hochtemperaturbauteile aus Wolfram zuverlaessig zuenden, formstabil bleiben und ohne Radioaktivitaet auskommen muessen. Geht es dagegen um Bauteile mit hoher Dichte fuer Strahlenschutz oder Auswuchtgewichte, ist Wolfram-Schwermetall (WSM) die bessere Wahl. Welche Wolfram-Variante zu Ihrer Anwendung passt, klaeren wir in der technischen Beratung.

Drei Elektroden aus Wolfram-Lanthanoxid (WL) mit unterschiedlich abgewinkelten Spitzen, nebeneinander auf weissem Hintergrund. — WL-Elektroden mit unterschiedlich angeschliffenen Spitzen, gefertigt nach Zeichnung.

Auch jenseits des Schweissens ist die niedrige Austrittsarbeit von Vorteil: WL dient als Kathode und Anode in Elektronenroehren und in der Lichttechnik, da es bei gegebener Temperatur leichter Elektronen emittiert als reines Wolfram. Die stabilisierte Faserstruktur verhindert dabei das Durchhaengen duenner Draehte und Wendeln.

Herstellung und Bearbeitung von WL

Wolfram-Lanthanoxid wird pulvermetallurgisch hergestellt, nicht erschmolzen, denn der Schmelzpunkt von Wolfram ist mit 3.420 °C der hoechste aller Metalle. Wolfram- und Lanthanoxid-Pulver werden gemischt, gepresst und gesintert, anschliessend thermomechanisch umgeformt. Erst dieses Walzen und Ziehen erzeugt die langgestreckte Faserstruktur.

Pulver dotieren

Wolframpulver mit 1 bis 2 Gew.-% La₂O₃ homogen mischen.

Pressen und Sintern

Verdichten zum Gruenling, Sintern unter Schutzgas oder Vakuum.

Umformen

Walzen, Schwenken oder Ziehen, wodurch sich die stabilisierende Faserstruktur ausbildet.

Bearbeiten und Anschleifen

Spanende Bearbeitung, Elektroden-Anschliff und Konfektionierung zum einbaufertigen Bauteil.

Die Dotierung erleichtert die Verarbeitung: WL laesst sich besser spanend bearbeiten und verformen als reines Wolfram, wodurch hohe Oberflaechenguete und Standzeit erreicht werden. Negele fertigt WL-Bauteile in der flexiblen Einzel- und Serienfertigung nach Zeichnung.

Technischer Hinweis Wolfram und WL oxidieren an Luft ab etwa 400 bis 500 °C, wobei sich fluechtiges Wolframtrioxid (WO₃) bildet. Hochtemperaturanwendungen erfolgen deshalb unter Vakuum oder Schutzgas. Beim WIG-Schweissen schuetzt das Inertgas (Argon) die heisse Elektrode vor Oxidation. Quelle: AZoM, Tungsten Properties and Applications.

Anwendungsgebiete

Der hohe Schmelzpunkt, die niedrige Austrittsarbeit und die Formstabilitaet machen WL zum bevorzugten Werkstoff dort, wo Elektroden und Bauteile heiss arbeiten und zuverlaessig zuenden muessen.

Infografik mit vier Anwendungen von WL: WIG-Schweissen, Plasmaspritzen, Elektronenroehren und Bedampfung. — Typische Einsatzgebiete von Wolfram-Lanthanoxid: WIG-Schweissen, Plasmaspritzen, Elektronenroehren, Bedampfung.

Schweiss- und Plasmatechnik

WL dient als WIG-Elektrode fuer das Schutzgas- und Plasmaschweissen, als Widerstandsschweisselektrode und als Elektrode zum Plasmaspritzen. In der Schweiss- und Anlagentechnik sorgt die niedrige Austrittsarbeit fuer sichere Zuendung und lange Standzeit.

Elektronenroehren und Lichttechnik

In der Elektroindustrie wird WL zu Stromzufuehrungen, Anoden und Kathoden fuer Elektroroehren sowie zu Bauteilen der Lichttechnik verarbeitet. Die Faserstruktur verhindert das Durchhaengen der duennen Draehte im Betrieb.

Bedampfung und Halbleitertechnik

Als Wendel und Schiffchen traegt WL das aufzudampfende Material in Beschichtungsanlagen (Abdampftechnik). Ronden und Bauteile aus WL kommen zudem in der Halbleiter- und Forschungstechnik sowie als Ionenquellen zum Einsatz, wo Massbestaendigkeit unter thermischer Last gefordert ist.

Lieferformen

Negele ist Auftragsfertiger und stellt WL nach Kundenspezifikation her, nicht als Lagerware fuer Normprofile. Im Mittelpunkt stehen einbaufertige Bauteile und Elektroden nach Zeichnung sowie Halbzeuge fuer die nachgelagerte Bearbeitung.

Einbaufertige Bauteile und Elektroden nach Zeichnung, endkonturnah und einsatzbereit
Rundstaebe und Profile als Basis fuer die Endbearbeitung
Draehte und Wendeln fuer Licht- und Bedampfungsanwendungen
Sonderformen je nach Anwendung

Eine Reihe von Rundstaeben und Draehten aus Wolfram-Lanthanoxid (WL) in unterschiedlicher Dicke und Laenge, ordentlich auf einer hellgrauen Flaeche angeordnet. — Rundstaebe und Draehte aus Wolfram-Lanthanoxid (WL) als Halbzeug fuer die Endbearbeitung.

Die typische Lieferzeit liegt bei 6 bis 8 Wochen, bei einfachen Geometrien auch kuerzer. Als familiengefuehrtes Unternehmen aus Stuttgart entscheidet Negele kurzfristig und flexibel, gerade bei Einzelteilen und kleinen Serien.

Normen und Standards

Lanthanierte Wolframelektroden sind international genormt. Die zentralen Normen sind ISO 6848 (Lichtbogenschweissen, Wolframelektroden) und AWS A5.12/A5.12M, die Sorten und Farbkennzeichnung festlegen (WL10 schwarz, WL15 gold, WL20 blau).

Auf Wunsch liefert Negele WL mit Material- und Pruefbescheinigung nach EN 10204 (Zeugnis 2.1, 2.2 oder Abnahmepruefzeugnis 3.1). Die Fertigung ist nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert. Details finden Sie im Bereich Chargen- und Pruefbescheinigung.

Haeufig gestellte Fragen zu Wolfram-Lanthanoxid

Was ist Wolfram-Lanthanoxid (WL)?

Wolfram-Lanthanoxid (WL, auch WLa) ist Wolfram, das mit 1 bis 2 Gew.-% Lanthanoxid (La₂O₃) dotiert ist. Die fein verteilten Oxidpartikel erhoehen Kriechfestigkeit und Rekristallisationstemperatur, verbessern die Bearbeitbarkeit und senken die Austrittsarbeit der Elektronen. WL ist nicht radioaktiv.

Ist Wolfram-Lanthanoxid radioaktiv?

Nein. Lanthanoxid ist nicht radioaktiv. Genau das ist der Hauptvorteil gegenueber thoriertem Wolfram (WT20), dessen Thoriumoxid ein radioaktiver Alphastrahler ist. WL ist deshalb der bevorzugte thoriumfreie Ersatz fuer WIG-Elektroden.

Was ist der Unterschied zwischen WL10, WL15 und WL20?

Die Zahl gibt den Lanthanoxid-Anteil an: WL10 enthaelt 1,0 %, WL15 1,5 % und WL20 2,0 % La₂O₃. Nach ISO 6848 sind sie farblich gekennzeichnet: WL10 schwarz, WL15 gold, WL20 blau. Hoehere Anteile eignen sich tendenziell fuer hoehere Strombelastung.

Welche Farbe hat eine WL-Elektrode?

Nach ISO 6848 und AWS A5.12 ist WL10 schwarz, WL15 gold und WL20 blau gekennzeichnet. Zum Vergleich: die thorierte Elektrode WT20 ist rot. Die Kennfarbe wird als Ring oder an der Spitze aufgebracht.

Warum ersetzt WL thorierte Wolframelektroden (WT20)?

Thoriumoxid ist radioaktiv, und beim Schleifen thorierter Elektroden kann radioaktiver Staub entstehen. Lanthanoxid ist nicht radioaktiv und bietet vergleichbare oder bessere Schweisseigenschaften. Arbeitsschutzstellen wie die DGUV/IFA empfehlen daher thoriumfreie Elektroden wie WL.

Worin unterscheidet sich WL von reinem Wolfram?

WL hat eine hoehere Rekristallisationstemperatur, bessere Kriechfestigkeit und Formstabilitaet sowie eine niedrigere Austrittsarbeit, was die Lichtbogenzuendung erleichtert. Zudem laesst es sich besser bearbeiten und verformen. Die uebrigen Kennwerte wie Schmelzpunkt und Waermeleitfaehigkeit entsprechen weitgehend reinem Wolfram.

Fuer welchen Strom eignet sich WL, DC oder AC?

Wolfram-Lanthanoxid eignet sich sowohl fuer Gleichstrom (DC) als auch fuer Wechselstrom (AC). Es zuendet zuverlaessig, brennt im niedrigen Strombereich stabil und deckt ein breites Stromspektrum ab, beim Schweissen von Stahl, Aluminium, Nickel, Titan und Kupferlegierungen.

Wofuer wird Wolfram-Lanthanoxid verwendet?

Typische Anwendungen sind WIG- und Plasmaschweisselektroden, Widerstandsschweisselektroden, Elektroden zum Plasmaspritzen, Stromzufuehrungen sowie Anoden und Kathoden fuer Elektronenroehren, Wendeln und Schiffchen fuer die Bedampfung und Ronden fuer die Halbleitertechnik.

Laesst sich WL schweissen und bearbeiten?

WL laesst sich leichter spanend bearbeiten und verformen als reines Wolfram, wodurch hohe Oberflaechenguete und Standzeit erreicht werden. Das ermoeglicht einbaufertige Zeichnungsteile und praezise angeschliffene Elektroden.

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