專利名稱:電阻焊電極合金材料及其制造方法
本發(fā)明涉及一種合金材料，特別是一種電阻焊電極合金材料，本發(fā)明還涉及一種制造合金材料的方法，特別是制造這種電阻焊電極合金材料的方法。
電極合金是電阻閃光對焊過程中的關(guān)鍵材料，其任務(wù)就是要在對焊件施加夾緊力(5～12Kg/mm2，總夾緊力高達(dá)數(shù)噸以上)的同時能使大電流(數(shù)萬至數(shù)十萬安培)通過。由于焊接體之間的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電極與焊件的接觸電阻，因此大電流所產(chǎn)生的能量基本上都作用于兩焊件的端面。經(jīng)過閃光燒化后，兩焊件端面的金屬處于熔融狀態(tài)，接著由夾緊電極執(zhí)行頂鍛，從而完成對焊。所以電極材料不僅要有較好的導(dǎo)電性能，而且最重要的是要有良好的高溫強(qiáng)度來滿足使用要求。
目前，電阻焊電極合金材料分為四大類。第一類是高導(dǎo)電率低強(qiáng)度的無氧銅和Cu-Cd合金，它們主要用于導(dǎo)電性能好的有色金屬的點(diǎn)焊和縫焊。第二類是較高導(dǎo)電率中等強(qiáng)度的Cu-Cr和Cu-Cr-Zr合金，它們主要用于厚度小于6mm的低碳鋼板的點(diǎn)焊和縫焊。第三類是中等導(dǎo)電率高強(qiáng)度的Cu-Be-Co和Cu-Ni-Si合金，它們主要用于鋼結(jié)構(gòu)件的對焊。第四類則主要用于電阻焊機(jī)中機(jī)械構(gòu)件的合金。本發(fā)明的電阻焊電極合金材料屬于第三類。上述Cu-Be-Co合金雖具有較高的硬度及導(dǎo)電率，能滿足對焊電極的要求，但是它有一個致命弱點(diǎn)，那就是鈹?shù)难趸锖头镉袆《?，而且鈹和鈷又是?zhàn)略稀有金屬，它們的昂貴價格使Cu-Be-Co合金達(dá)50元/kg，所以對大量消耗電極的對焊來說不是一件理想的事。目前，國外已在進(jìn)行取代Cu-Be-Co合金的研究，其中較為成熟的是美國的Ampcoloy940高性能無Be合金，其成份為Ni2.5%，Si0.6%，Cr0.4%，其余為Cu，其性能為硬度200～223Hv，導(dǎo)電率25～26MS/m(見美國的《Alloy Digest》1982、4)。該材料雖然導(dǎo)電率較高，但高溫下的硬度還不夠，把它用作高溫條件下的電極時，容易出現(xiàn)變形。另外，1978年日本的公開特許公報54121號和1972年的西德專利2252789號等也都報道了Cu-Ti和Cu-Ni-Al等合金材料，這些材料雖然硬度較高，但導(dǎo)電率都小于10MS/m，所以不能用作電極材料。
本發(fā)明的目的是要提供一種屬于第三類電阻焊電極合金材料的代Cu-Be-Co電極合金，力圖使材料的高溫硬度和導(dǎo)電率都達(dá)到或超過Cu-Be-Co合金，從而克服了因劇毒而給人體帶來的危害，同時也降低該第三類電阻焊電極合金材料的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的還在于提供一種制造電阻焊電極合金材料的方法，使通過該方法制得的電極合金能滿足上述要求。
本發(fā)明是這樣構(gòu)成的，它是一種電阻焊電極合金材料，其主要成份為銅，作為添加成份的有鎳、鉻、其特征在于作為添加成份的還有鈦、鋯和鈰。
本發(fā)明也是這樣實(shí)現(xiàn)的，它是一種制造以銅為主要成份的電阻焊電極合金材料的方法，該方法包括對銅、鎳、鉻、鈦、鋯和鈰這些原材料進(jìn)行清洗和烘干，然后進(jìn)行熔煉，形成錠子之后再進(jìn)行鍛造，其特征在于對鍛造好的工件在960℃～990℃溫度中保溫之后作固溶處理，此后再以30%～60%的壓縮力進(jìn)行冷變形壓力加工，最后在500℃～540℃的溫度下進(jìn)行時效處理。
本發(fā)明的電阻焊電極合金材料為代Cu-Be-Co電極材料，經(jīng)過測試證明，它在高溫下的硬度和導(dǎo)電率都達(dá)到且超過了Cu-Be-Co合金，也比美國的代Cu-Be-Co材料在硬度方面更顯示出優(yōu)越性。由于具有理想的高溫機(jī)械性能和良好的導(dǎo)電率，除了用作對焊電極之外，還可廣泛用在需要高強(qiáng)度導(dǎo)電材料的電機(jī)電器中。
本發(fā)明的制造電阻焊電極合金材料的方法工藝嚴(yán)密，用該方法制成的合金能滿足上述要求。
下面將通過最佳實(shí)施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本發(fā)明的內(nèi)容并沒有為該實(shí)施例所局限。
本發(fā)明的材料為電阻焊電極合金，其主要成份是銅，作為添加成份的有鎳、鉻、鈦、鋯和鈰。在每一塊這樣的合金中，鎳含2%～4%(重量)，鉻含0.2%～0.6%(重量)，鈦含0.5～～1.5%(重量)，鋯含0.1%～0.4%(重量)，鈰含0.01%～0.3%(重量)，其余為銅。其中的鎳和鈦經(jīng)過固溶和時效處理可形成類似于鎳鈦耐熱合金結(jié)構(gòu)的耐高溫的金屬間化合物Ni3Ti，這種彌散顆粒的金屬間化合物比美國的Ampcoloy940合金中的Ni2Si更具有耐熱能力。其中的鉻經(jīng)熱處理后可形成彌散顆粒的鉻離子，從而增加了基本硬度。其中的鋯經(jīng)熱處理后可與銅形成Cu3Zr金屬間化合物，這種彌散的粒子能使加熱組織更趨穩(wěn)定，提高了耐熱強(qiáng)度。其中的鈰可以與合金中的雜質(zhì)形成高熔點(diǎn)化合物從而提高了高溫時的耐熱性能，也可使電極合金的抗焙焊性能提高以致在使用中不易粘焊。
本發(fā)明的制造上述電阻焊電極合金材料的方法包括對銅、鎳、鉻、鈦、鋯和鈰這些原材料進(jìn)行清洗和烘干，然后進(jìn)行熔煉，形成錠子之后再進(jìn)行鍛造，對鍛造好的工件進(jìn)行固溶處理，此后再進(jìn)行冷變形壓力加工，最后進(jìn)行時效處理，對這些具體步驟的詳細(xì)描述如下
1、把作為原材料的銅、鎳、鉻、鈦、鋯和鈰清洗干凈，然后再放在烘箱中烘干，烘干時的溫度為100℃。
2、在50公斤的真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，先把銅、鎳加入石墨坩堝中，而把鉻、鈦、鋯和鈰加入料斗中，在抽真空到10-1.8～10-2.2mm汞柱時對銅、鎳進(jìn)行通電熔化待銅、鎳熔化完全后再加入鉻粒子，充340～380mm汞柱的氬氣精煉15～20分鐘。當(dāng)溫度達(dá)到1350℃鉻粒子完全熔化后再按順序加入鈦、鋯和鈰，保溫5分鐘后停止通電，隨即澆注。冷卻15分鐘后放真空出爐。
3、切除帽口，車去錠子表面，在800℃～850℃的溫度下保溫40～80分鐘，然后進(jìn)行鍛造。
4、將鍛造好的工件放在45瓩的電爐中，在960℃～990℃的溫度下保溫40～80分鐘，然后在20秒鐘內(nèi)迅速投入飽和鹽水進(jìn)行固溶處理。
5、通過冷軋、冷鍛和冷拉撥的方式對經(jīng)過固溶處理的工件進(jìn)行冷變形壓力加工，壓縮率為30%～60%，這樣就可獲得比較精確的尺寸，也可使硬度升高20HV左右。
6、再將工件放在45瓩的電爐中進(jìn)行時效處理，時效處理的溫度為500℃～540℃，時間為1.5～2.5小時。
這里應(yīng)該說明的是，由于上述提到的熔煉是在真空中進(jìn)行的，因此金屬的燒損極小，故可按要求成份直接配料。另外，固溶溫度不宜太高也不宜太低。溫度太低，固溶不完全，會在時效處理后產(chǎn)生彌散沉淀硬化效果差等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致硬度降低、高溫性能變差;而溫度太高則會造成晶粒粗大化，晶界粗化，因而在加工過程中易斷裂。時效溫度也必須適當(dāng)，溫度太低也會因彌散沉淀不完全而導(dǎo)致硬度和導(dǎo)電率降低;而溫度過高，雖然導(dǎo)電率會升高，但會促使沉淀顆粒的團(tuán)聚而造成顆粒的粗大化，最終也會使得硬度下降。最后，冷變形壓力加工時也必須注意，壓縮率不能太高，因?yàn)檫^高的壓縮率會使合金的內(nèi)能升高，這就容易出現(xiàn)再結(jié)晶傾向而使高溫性能變差。同樣，壓縮率太低會使材料中心部分的金屬處于臨界壓縮率(10%)之中，這也容易出現(xiàn)再結(jié)晶趨勢而使高溫性能變差。
按照上述方法制得的代Cu-Be-Co電阻焊電極合金材料其性能與美國的代Cu-Be-Co電阻焊電極合金材料和西德的Cu-Be-Co電阻焊電極合金材料的性能進(jìn)行比較，比較的結(jié)果如表1所示。
表1
通過表1中的數(shù)據(jù)比較，已足以說明本發(fā)明的電阻焊電極合金材料是大大優(yōu)越于現(xiàn)有產(chǎn)品的，它不但優(yōu)越于傳統(tǒng)的Cu-Be-Co材料，也大大優(yōu)越于國外新制成的代Cu-Be-Co材料。(盡管在導(dǎo)電率方面，本發(fā)明與現(xiàn)有產(chǎn)品沒有顯著的差別，但在硬度方面，本發(fā)明是大大優(yōu)越于現(xiàn)有產(chǎn)品的，因此總的說來作為電阻焊電極的合金材料，本發(fā)明是優(yōu)越于現(xiàn)有產(chǎn)品的。)
權(quán)利要求
1.一種合金材料，具體指一種電阻焊電極合金材料。該材料的主要成份為銅，作為添加成份的有鎳和鉻，其特征在于作為添加成份的還有鈦、鋯和鈰。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的材料，其特征是在每一塊這樣的合金中，鎳含2%～4%(重量)，鉻含0.2%～0.6%(重量)，鈦含0.5%～1.5%(重量)，鋯含0.1%～0.4%(重量)，鈰含0.01%～0.3%(重量)，其余為銅。
3.一種制造合金材料，具體指一種制造以銅為主要成份的電阻焊電極合金材料的方法，該方法包括對銅、鎳、鉻、鈦、鋯和鈰這些原材料進(jìn)行清洗和烘干，然后進(jìn)行溶煉，形成錠子之后再進(jìn)行鍛造，其特征在于對鍛造好的工件在960℃～990℃的溫度中保溫之后作固溶處理，此后再以30%～60%的壓縮率進(jìn)行冷變形壓力加工，最后在500℃～540℃的溫度下進(jìn)行時效處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征為所說的熔煉是在真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行的，先將銅和鎳加入坩堝中，抽真空得10-1.8～10-2.2mm汞柱時通電熔化，待銅、鎳熔化后再加入鉻，鉻熔化后再依次加入鈦、鋯和鈰。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，其特征為鉻的熔化是在充340～380mm汞柱氬氣的條件下通過精煉15～20分鐘后達(dá)到的。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征為所說的鍛造是在800℃～850℃的溫度下保溫40～80分鐘之后進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征為所說的固溶處理是在電爐中進(jìn)行的，讓工件在960℃～990℃的條件下保溫40～80分鐘之后迅速投入飽和鹽水。
8.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征為所說的時效處理是在電爐中進(jìn)行的，時效處理的時間為1.5～2.5小時。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種電阻焊電極合金材料，該材料的主要成份是銅，作為添加成份的有鎳、鈦、鋯、鉻和鈰。本發(fā)明還提供了一種制造該電阻焊電極合金材料的方法，該方法包括對銅、鎳、鉻、鈦、鋯和鈰這些原材料進(jìn)行清洗和烘干，然后進(jìn)行熔煉，形成錠子之后再進(jìn)行鍛造，對鍛造好的工件進(jìn)行固溶處理，然后再進(jìn)行冷變形壓力加工，最后進(jìn)行時效處理。用該方法制成的材料可用作代Cu-Be-Co合金的電阻焊電極，其高溫下的硬度和導(dǎo)電率均十分理想。
文檔編號C22C9/06GK85106185SQ85106185
公開日1987年2月25日 申請日期1985年8月8日
發(fā)明者沈小宇, 戚建, 陳國瑜, 吳彥卿 申請人:機(jī)械工業(yè)部上海電器科學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan