CN108672704A - 一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法 - Google Patents

一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法 Download PDF

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Abstract

一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，属于粉末冶金新材料技术领域。所述方法如下：采用水雾化法制备Cu‑Al合金粉末；将Cu‑Al合金粉末与氧化剂Cu2O混合，在Ar气气氛中进行内氧化，然后在H2气氛中将多余的氧化剂Cu2O还原，得到Cu‑Al2O3粉末；采用模压成形压制，将Cu‑Al2O3粉末压制成点焊电极帽；将点焊电极帽在分解氨气氛中烧结。本发明大大简化了传统氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的制备流程，提高了生产效率，节约了制造成本。同时解决了传统粉末冶金工艺和变形加工工艺无法制备高氧化铝含量弥散铜合金点焊电极帽的缺点，提高了弥散铜中氧化铝弥散相的含量，进而提高弥散铜点焊电极的使用寿命。

Description

一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金新材料技术领域，具体涉及一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法。
背景技术
点焊是一种高效率、操作简单、易实现机械化和自动化的常用电阻焊之一，广泛应用于汽车工业的镀覆钢板的焊接，具有焊接效率高的优点。制作点焊电极的传统材料主要是Cu-ETP、Cu-Zr、Cu-Zr-Nb、Cu-Cr、Cu-Cr-Zn和CuNi2Si等铜及铜合金，其中以Cu-Cr、Cu-Cr-Zr合金使用最广泛，主要用于低碳钢、镀覆钢、合金钢和不锈钢的焊接，还可用作电阻焊机的附件材料，如机臂、转动轴等。这类材料用于点焊电极时，经常发生热塑变镦粗、电磨损、与被焊钢板粘接等失效形式，影响焊点质量并降低生产率。为解决这一难题，研制具有高的高温强度和软化温度，同时具备高导电性的新型点焊电极材料成为急需。
Al2O3p/Cu合金是以细小Al2O3颗粒为强化相的铜基复合材料，也被称为弥散硬化铜。由于弥散相粒子的钉扎作用阻碍了位错的移动，从而强化了基体，并提高了材料的再结晶温度。正是由于此材料具有高导热率、高导电率和优良的高温强度、高温抗蠕变性能、耐磨性能好等优点，所以引起人们广泛的研究兴趣。目前，Al2O3p/Cu已应用在微波管结构材料上，并有望将此材料应用于电阻焊电极头、转换开关和代银触头、水平连铸结晶器、集成电路IC引线框架等。因此，国内外对此材料的研究近期十分活跃。但是，由于制备工艺复杂、控制难度高、成本高、不能制造大尺寸及形状复杂的零件，所以这种材料基本上仍处于实验室阶段。发展新的技术以简化工艺、降低成本、提高效率、扩大生产规模，成为一个十分重要的任务。
传统的点焊电极帽的制备工艺主要采用粉末冶金和变形加工工艺，经过压制-烧结-冷热变形加工制备出铜合金的棒材，然后冲压成相应尺寸的点焊电极帽，可以看出传统的点焊电极帽的制备工序复杂，成本较高，并且对于氧化铝含量较高的散铜电极无法采用传统的冲压工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的点焊电极帽的制备工序复杂，成本较高的问题，提供一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，该方法采用模压近净成形，直接压制出相应尺寸的点焊电极帽然后进行烧结，直接制备出符合点焊要求的高性能氧化铝弥散铜合金点焊电极帽，大大简化了制备工序，降低了生产成本。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，所述的方法具体步骤如下：
步骤一：采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中，Al的质量百分含量为0.1%~5.0%；
步骤二：将Cu-Al合金粉末与氧化剂Cu2O混合，其中，氧化剂Cu2O占总混合物的的质量百分数为1~18%，在Ar气气氛中进行内氧化，然后在H2气氛中将多余的氧化剂Cu2O还原，还原后得到Cu-Al2O3粉末；
步骤三：采用模压成形压制，将Cu-Al2O3粉末压制成点焊电极帽，压制压力为10~100t，保压时间为10~50 s；
步骤四：将点焊电极帽在分解氨气氛中烧结，烧结温度为800~1200℃，时间为2~6 h。
本发明相对于现有技术的有益效果是：直接用含有氧化铝的弥散铜粉末经模压成形得到近净成形点焊电极，大大简化了传统氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的制备流程，提高了生产效率，节约了制造成本。同时解决了传统粉末冶金工艺和变形加工工艺无法制备高氧化铝含量弥散铜合金点焊电极帽的缺点，提高了弥散铜中氧化铝弥散相的含量，进而提高弥散铜点焊电极的使用寿命。
附图说明
图1为一种常用直径为16mm的点焊电极帽的尺寸图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，所述的方法具体步骤如下：
步骤一：采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中，Al的质量百分含量为0.1%~5.0%；
步骤二：将Cu-Al合金粉末与氧化剂Cu2O混合，其中，氧化剂Cu2O占总混合物的的质量百分数为1~18%，在Ar气气氛中进行内氧化，将Cu-Al合金粉末氧化成Cu-Al2O3粉末，然后在H2气氛中将多余的氧化剂Cu2O还原，还原后得到Cu-Al2O3粉末；
步骤三：采用模压成形压制，将Cu-Al2O3粉末压制成点焊电极帽，压制压力为10~100t，保压时间为10~50 s；
步骤四：将点焊电极帽在分解氨气氛中烧结，烧结温度为800~1200℃，时间为2~6 h。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，步骤二中，所述的内氧化温度为500~750℃，时间为4~6 h。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，步骤二中，所述的还原反应温度为500~800℃，时间为6~10 h。
实施例1：
汽车焊接用氧化铝含量为5.0%的点焊电极帽制备
（1）采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中粉末中的Al质量百分含量为2.0~2.5%。
（2）将Cu-Al合金粉末与氧化剂Cu2O混合，其中，氧化剂Cu2O占总混合物的的质量百分数为5~18%，在Ar气气氛中进行内氧化，将Cu-Al合金粉末氧化成Cu-5.0%Al2O3粉末，在H2气氛中将多余的氧化剂Cu2O还原，还原后得到Cu-5.0%Al2O3粉末；
（3）采用模压成形压制，将Cu-5.0%Al2O3粉末压制成点焊电极帽，压制压力为10~30吨，保压时间为30~50秒。成形电极帽尺寸见图1，其直径为16 mm，带有直径12mm的冷却水内孔。
（4）将点焊电极帽在分解氨气氛中烧结，烧结温度为950~1200℃，烧结时间为4~6小时。
本实施例制备的5.0%氧化铝弥散铜点焊电极帽，硬度大于85HRB，电导率大于60%IACS，该点焊电极帽寿命长，是传统电极寿命10~20倍，在焊接过程中电极的修复次数，焊接效率得到大幅度提高。具有优良的高温强度和导电、导热性能，在高温下具有优越的抗软化能力并能保持高强度，未来将在点焊电极帽中占有重要地位。
实施例2：
汽车焊接用氧化铝含量为2.0%焊接电极帽制备
（1）采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中粉末中的Al质量百分含量为1.0~1.2%。
（2）将Cu-Al合金粉末与氧化剂Cu2O混合，其中，氧化剂Cu2O占总混合物的的质量百分数为3~15%，在Ar气气氛中进行内氧化，将Cu-Al合金粉末氧化成Cu-2.0%Al2O3粉末，在H2气氛中将多余的氧化剂Cu2O还原，还原后得到Cu-2.0%Al2O3粉末；
（3）采用模压成形压制，将Cu-2.0%Al2O3粉末压制成点焊电极帽，压制压力为20~90吨，保压时间为30~50秒。成形电极帽尺寸见图1，其直径为16 mm，带有直径12mm的冷却水内孔。
（4）将点焊电极帽在分解氨气氛中烧结，烧结温度为750~900℃，烧结时间4~6 h。
本实施例制备的2.0%氧化铝弥散铜点焊电极，硬度大于80HRB，电导率大于75%IACS，电极寿命长，是传统电极寿命8~10倍，同时具有以下优点：焊接时无粘接电极现象发生；焊接时无焊接火花出现；焊接时无脱焊现象产生。
实施例3：
汽车焊接用氧化铝含量为1.0%焊接电极帽制备
（1）采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中粉末中的Al质量百分含量为0.5~0.7%。
（2）将Cu-Al合金粉末与氧化剂Cu2O混合，其中，氧化剂Cu2O占总混合物的的质量百分数为1~10%，在Ar气气氛中进行内氧化，将Cu-Al合金粉末氧化成Cu-1.0%Al2O3粉末，在H2气氛中将多余的氧化剂Cu2O还原，还原后得到Cu-1.0%Al2O3粉末；
（3）采用模压成形压制，将Cu-1.0%Al2O3粉末压制成点焊电极帽，压制压力为20~60吨，保压时间30~50秒。成形电极帽尺寸见图1，其直径为16 mm，带有直径12mm的冷却水内孔。
（4）将点焊电极帽在分解氨气氛中烧结，烧结温度为65~800℃，烧结时间为2~4小时。
本实施例制备的1.0%氧化铝弥散铜点焊电极，硬度大于70HRB，电导率大于70%IACS，电极寿命长，是传统电极寿命6~8倍，同时具有以下优点：焊点美观，焊接部位不发黄。没有点焊印迹，省去了抛光程序，提高了生产效率，节约了成本。

Claims (3)

1.一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，其特征在于：所述的方法具体步骤如下：
步骤一：采用水雾化法制备Cu-Al合金粉末，其中，Al的质量百分含量为0.1%~5.0%；
步骤二：将Cu-Al合金粉末与氧化剂Cu2O混合，其中，氧化剂Cu2O占总混合物的的质量百分数为1~18%，在Ar气气氛中进行内氧化，然后在H2气氛中将多余的氧化剂Cu2O还原，还原后得到Cu-Al2O3粉末；
步骤三：采用模压成形压制，将Cu-Al2O3粉末压制成点焊电极帽，压制压力为10~100 t，保压时间为10~50 s；
步骤四：将点焊电极帽在分解氨气氛中烧结，烧结温度为800~1200℃，时间为2~6 h。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，其特征在于：步骤二中，所述的内氧化温度为500~750℃，时间为4~6 h。
3.根据权利要求1所述的一种氧化铝弥散铜合金点焊电极帽的模压成形制备方法，其特征在于：步骤二中，所述的还原反应温度为500~800℃，时间为6~10 h。
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