CN100448572C - 点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。步骤如下：(1)取电解铜粉与表面镀铜的SiC颗粒按重量百分比电解铜粉88.0-97.5%，镀铜SiC颗粒2.5-12.0%混合，然后将该混合粉末与玛瑙球在球磨机上进行球磨，使之混合均匀；(2)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为200-500MPa，保压；(3)将压坯在真空炉中烧结，烧结温度750-900℃，烧结时间1-4小时，真空度在1×10-3Pa以上；(4)将烧结后的压坯进行热挤压成型。本发明不仅可以获得理想的机械性能和导电性能，提高点焊电极的寿命，而且制备方法比较简单，成本较低。

Description

点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的制备方法，具体是一种点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法。
背景技术
在现代航空、汽车工业中，防锈能力较好的镀锌钢板应用日益增多。镀锌钢板焊接时一般采用点焊工艺。现有的点焊电极一般采用铬锆铜合金，这种合金软化温度低，导电性能较差，硬度较低，易产生塑性变形，从而导致点焊电极过早失效，减低了电极的寿命。而铜基复合材料可保持铜本身优良的导电导热性能，同时通过增强体的加入赋予了材料更高的硬度、强度等机械性能，在点焊电极领域有良好的应用前景。
经对现有技术的文献检索发现，韩胜利等在发表的“点焊电极用Al2O3/Cu复合材料性能研究”(《材料开发应用》，2004，19(1)：9-11)中，采用内氧化法制备的Cu20.6％Al2O3复合材料具有较高的软化温度和导电率(86.49％IACS)，比较适合作点焊电极材料。但内氧化工艺比较复杂，对设备条件要求高，成本较高，且材料质量难以控制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法，不仅可以获得理想的机械性能和导电性能，提高点焊电极的寿命，而且制备方法比较简单，成本较低。
本发明是通过以下技术方案实现的，步骤如下：
(1)取电解铜粉与表面镀铜的SiC颗粒按重量百分比电解铜粉88.0-97.5％，镀铜SiC颗粒2.5-12.0％混合，然后将该混合粉末与玛瑙球在球磨机上进行球磨，使之混合均匀，球磨时间在10小时以上，球磨机转速为60-120r/min；
(2)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为200-500MPa，保压；
(3)将压坯在真空炉中烧结，烧结温度750-900℃，烧结时间1-4小时，真空度在1×10-3Pa以上；
(4)将烧结后的压坯进行热挤压成型。
步骤(2)中，所述的压制成型，保压5-l0min，压制块致密度≥80％。
步骤(4)中，所述的热挤压，压坯的预热温度为700-800℃，模具的预热温度为400-500℃，挤压比10∶1。
本发明选择具有一定导电能力的SiC作为增强颗粒，并对其表面进行化学镀铜，获得了增强颗粒分布均匀，与铜基体结合良好，具有较高力学性能的铜基复合材料的点焊电极，并且点焊电极具有优良的导电、导热能力，制备方法简单、成本低。对材料的测试结果表明，增强颗粒的分布均匀，与铜基体的结合良好，材料的致密度≥99.5％，硬度HRB大于77，导电率仍保持在75.0％IACS以上，这将有效的提高复合材料电极的软化温度和高温强度，减少点焊过程中电极头部的变形和粘附，从而延长点焊电极的寿命
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
(1)选用平均粒径为10μm的SiC颗粒，采用镀铜工艺在SiC颗粒表面镀覆一层铜涂层，SiC与铜镀层质量比为1∶1。选用的铜粉为平均粒径40μm，纯度≥99.7wt.％的电解铜粉。
(2)分别取电解铜粉与镀铜SiC颗粒481.1克、12.3克混合均匀并放入球磨机球磨，球磨时间10小时。
(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为200MPa，保压8min。
(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度800℃，烧结时间2小时。
(5)将烧结后的压坯进行热挤压，压坯预热温度750℃，模具预热温度400℃，挤压比10∶1，最后通过机械加工制成点焊电极。
通过上述工艺制备出致密度≥99.5％的铜基复合材料点焊电极。复合材料的硬度(HRB)为77，电导率86.5％IACS。与普通CuCrZr合金(Cu-0.65％Cr-0.08％Zr，重量百分比)相比(电导率74.5％IACS，75HRB)明显提高。
实施例2：
(1)选用平均粒径为10μm的SiC颗粒，采用镀铜工艺在SiC颗粒表面镀覆一层铜涂层，SiC与铜镀层质量比为1∶1。选用的铜粉为平均粒径40μm，纯度≥99.7wt.％的电解铜粉。
(2)分别取电解铜粉与镀铜SiC颗粒455.8克、26.7克混合均匀并放入球磨机球磨，球磨时间15小时。
(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为300MPa，保压5min。
(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度850℃，烧结时间2小时。
(5)将烧结后的压坯进行热挤压，压坯预热温度750℃，模具预热温度400℃，挤压比10∶1，最后通过机械加工制成点焊电极。
通过上述工艺制备出致密度≥99.5％的铜基复合材料点焊电极。复合材料的硬度(HRB)为82，电导率为84.1％IACS。与普通CuCrZr合金(Cu-0.65％Cr-0.08％Zr，重量百分比)相比(电导率74.5％IACS，75HRB)明显提高。
实施例3：
(1)选用平均粒径为10μm的SiC颗粒，采用镀铜工艺在SiC颗粒表面镀覆一层铜涂层，SiC与铜镀层质量比为1∶1。选用的铜粉为平均粒径40μm，纯度≥99.7wt.％的电解铜粉。
(2)分别取电解铜粉与镀铜SiC颗粒430.2克、40.1克混合均匀并放入球磨机球磨，球磨时间20小时。
(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为400MPa，保压5min。
(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度850℃，烧结时间4小时。
(5)将烧结后的压坯进行热挤压，压坯预热温度780℃，模具预热温度400℃，挤压比10∶1，最后通过机械加工制成点焊电极。
通过上述工艺制备出致密度≥99.5％的铜基复合材料点焊电极。复合材料的硬度(HRB)为86，电导率为81.3％IACS。与普通CuCrZr合金(Cu-0.65％Cr-0.08％Zr，重量百分比)相比(电导率74.5％IACS，75HRB)明显提高。
实施例4：
(1)选用平均粒径为10μm的SiC颗粒，采用镀铜工艺在SiC颗粒表面镀覆一层铜涂层，SiC与铜镀层质量比为1∶1。选用的铜粉为平均粒径40μm，纯度≥99.7wt.％的电解铜粉。
(2)分别取电解铜粉与镀铜SiC颗粒405.1克、55.2克混合均匀并放入球磨机球磨，球磨时间20小时。
(3)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为400MPa，保压5min。
(4)将压制的块体在真空炉中烧结，烧结温度850℃，烧结时间4小时。
(5)将烧结后的压坯进行热挤压，压坯预热温度800℃，模具预热温度500℃，挤压比10∶1，最后通过机械加工制成点焊电极。
通过上述工艺制备出致密度≥99.5％的铜基复合材料点焊电极。复合材料的硬度(HRB)为91，电导率为77.9％IACS。与普通CuCrZr合金(Cu-0.65％Cr-0.08％Zr，重量百分比)相比(电导率74.5％IACS，75HRB)明显提高。

Claims (6)

1、一种点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)取电解铜粉与表面镀铜的SiC颗粒按重量百分比电解铜粉88.0-97.5％，镀铜SiC颗粒2.5-12.0％混合，然后将混合物与玛瑙球在球磨机上进行球磨，使之混合均匀；
(2)将混合均匀的粉末放入模具，在室温下压制成型，压力为200-500MPa，保压；
(3)将压坯在真空炉中烧结，烧结温度750-900℃，烧结时间1-4小时，真空度在1×10-3Pa以上；
(4)将烧结后的压坯进行热挤压成型。
2、根据权利要求1所述的点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中，所述的表面镀铜的SiC颗粒通过化学镀覆工艺在SiC颗粒表面沉积一层铜涂层得到，铜涂层与SiC重量比为1∶1。
3、根据权利要求1所述的点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中，所述的电解铜粉选用平均粒径小于45μm、纯度≥99.7wt.％的电解铜粉。
4、根据权利要求1所述的点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中，所述的球磨，时间在10小时以上，球磨机转速为60-120r/min。
5、根据权利要求1所述的点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(2)中，所述的压制成型，保压5-10min，压制块致密度≥80％。
6、根据权利要求1所述的点焊电极用表面改性颗粒增强铜基复合材料的制备方法，其特征是，步骤(4)中，所述的热挤压，压坯的预热温度为700-800℃，模具的预热温度为400-500℃，挤压比10∶1。
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