CN117564544B - 一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接与连接技术领域，涉及一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，其是以钨作为电极的基础合金成分，并添加铜、钴、钼金属元素组成，能应用于电阻点焊铝合金焊件的电极，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为10‑15，Co为4‑6，Mo为1‑4，W为余量。本发明组成电阻点焊电极材料的金属元素具有优良的高温性能，加工而成的电极可承受因大电流通过产生的高温；电阻点焊电极材料的金属元素与铝合金的亲和力较小，避免在电阻点焊铝合金时电极与铝合金焊件形成粘连；所制电阻点焊电极，在不降低电极材料的导热性和导电性的基础上具有在高温下抵抗塑性变形和降低与焊件间粘连的能力，进行铝合金的点焊连续次数可达23‑35次。
Description
技术领域
本发明属于焊接与连接技术领域，具体涉及一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料及其制备方法。
背景技术
汽车轻量化技术是轻量化设计、轻量化材料和轻量化制造技术的集成应用。在轻量化材料中，铝合金因其可以有效的降低车身的重量，更符合新能源汽车的发展趋势，被广泛地应用于汽车白车身制造。电阻点焊是汽车白车身制造中应用最广泛的焊接技术，但是，电阻点焊铝合金存在诸多问题。这是因为铝合金的导热性好、导电率高，尤其是铜合金电极易与铝合金发生冶金反应等特点，在电阻点焊铝合金结构件的焊接中遇到能耗大、电极易失效和点焊接头质量不稳定等困难。
电极是电阻点焊生产过程中的关键部件，电极材料要求能承受高温和高压即热、力耦合双重作用，在电阻点焊过程中电极磨损是非常严重的。如果电极材料不良以及电极结构设计不合理，都会使电极在使用过程中加剧磨损，这样会增加电极修整时间，同时也使电极材料浪费过多，选择电极材料种类非常重要。目前，电阻点焊铝及铝合金存在的主要问题是电极寿命短。电阻点焊的电极大多采用铬青铜、铬锆铜、钨铜和钼铜等铜合金材料加工而成，这类电极材料含铜量较高，制造成本相对较低，通用性好，但高温条件下易软化，极易造成电极与工件间的粘连。
如何提高铝合金电阻点焊电极使用寿命一直是焊接及其相关研究人员追求的目标。现有技术中，提高电极在高温下抵抗塑性变形和减轻铝合金点焊时的电极与焊件间的粘连的相关技术集中在对电极基体材料强化、电极端面表面处理和设计特殊形状的电极等。其中，基体强化就是在以铜合金为基础成分添加各种陶瓷颗粒增强相（如Al2O3、TiC、TiB2、Zr2O3、WC、SiC、B4C等）同时改善铜合金的力学性能和热稳定性，添加各种陶瓷颗粒增强相必然会降低电阻点焊电极的导电性和导热性。电极端面表面处理采用的技术有在点焊电极端面涂覆各种涂料和涂层，如石墨-机油涂料、TiB2/Cu的复合材料、镶嵌各种耐磨材料、电极端面熔覆耐磨材料和自生陶瓷颗粒增强铜基梯度点焊电极等。涂覆各种涂料和涂层的耐久性、可靠性和稳定性缺乏可靠数据支撑。设计特殊形状的电极就是在电极端面加工出若干个圆环，通过电极端面同心圆环刺穿铝合金表面氧化膜，降低电极/板材之间的接触电阻，改善点焊过程中电极/板材的传热，实现铝合金材料的点焊连接。但其并不能提高电极在高温下抵抗塑性变形的能力和降低电极与焊件间的粘连。
电极在电阻点焊生产过程中的主要起到传输电流、施加压力和散热作用，电极反复承受高温和高压，作为电极材料应具有良好的导电、导热、抗氧化和高温性能，同时，还需要考虑粘连、合金化、变形和后续修整等，而上述要求往往又是相互矛盾的。电阻点焊铝合金焊件遇到的电极与焊件的粘连所导致的电极失效、点焊接头质量不稳定等一直是业界亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，还提供上述材料的制备方法，以解决电阻点焊铝合金焊件遇到的电极与焊件的粘连所导致的电极失效、点焊接头质量不稳定的问题。所制钨铜钴钼电阻点焊电极材料可用于制造电阻点焊铝合金的电极，具有在高温下抵抗塑性变形和降低与焊件间粘连的能力，提高了电阻点焊电极的使用寿命。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，电阻点焊电极材料是以钨作为电极的基础合金成分，并添加铜、钴、钼金属元素组成，能够应用于电阻点焊铝合金焊件的电极，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为10-15，Co为4-6，Mo为1-4，W为余量。
进一步地，所述金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%，金属钨粉末的颗粒大小为80-120µmμm，金属铜、钴和钼粉末的颗粒大小为20-30μm。
进一步地，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为10，Co为4，Mo为1，W为余量。
进一步地，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为11，Co为5，Mo为2，W为余量。
进一步地，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为12，Co为6，Mo为3，W为余量。
进一步地，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为13，Co为4，Mo为4，W为余量。
进一步地，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为14，Co为5，Mo为4，W为余量。
进一步地，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为15，Co为6，Mo为2，W为余量。
一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，包括以下步骤：
A、制备钨铜钴钼合金粉末，准备颗粒大小为80-120μm的金属钨粉末，颗粒大小为20-30μm的金属铜、钴和钼粉末，按照上述电极成分称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，真空球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末；
B、压制成型-高温烧结，先将步骤A所制钨铜钴钼合金粉末通过模具压制成型，再采用放电等离子烧结制备钨铜钴钼合金电极材料，烧结过程中，真空度控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min；
C、机械加工对电极修整，根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再对步骤B所制钨铜钴钼合金电极材料进行加工和修整，并应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
进一步地，步骤A，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料及其制备方法，组成电阻点焊电极材料的金属元素具有优良的高温性能，加工而成的电极可以承受因大电流通过产生的高温；同时，电阻点焊电极材料的金属元素与铝合金的亲和力较小，避免在电阻点焊铝合金时电极与铝合金焊件形成粘连；所制电阻点焊电极，在不降低电极材料的导热性和导电性的基础上具有在高温下抵抗塑性变形和降低与焊件间粘连的能力，进行铝合金的点焊连续次数可达23-35次，提高了电阻点焊电极的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1铬锆铜焊电极表面粘连情况和元素面扫描分析：（a）表面粘连和面扫描区域，（b）Cu元素，（c）Al元素，（d）Mg元素；
图2是本发明钨铜钴钼电阻点焊电极与铝合金点焊后粘连状况金相图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
电极是电阻点焊生产过程中的关键部件，在电阻点焊生产过程中主要起到传输电流、施加压力和散热作用，电极的材料选用需根据所焊接产品的材料不同而变化。研究发现，铬青铜、铬锆铜、钼铜等铜合金材料加工而成的电极制造成本低，通用性好，高温强度、导热系数和电导率比较适中，适于电阻点焊低碳钢板。氧化铝弥散强化的铜合金材料加工而成的电极适于电阻点焊镀锌低碳钢板，主要是其氧化铝的成分不易与镀锌层产生反应形成粘连。铍钴铜合金材料加工而成的电极，硬度较高，适于电阻点焊强度较高的材料如不锈钢和镍基合金等，铍及铍化合物具有一定的有毒性，人体大量吸入可溶性铍化合物，会呈现头痛、乏力、低热、咳嗽和呼吸困难等症状，在电阻点焊的实际生产过程中已经很少采用铍钴铜合金材料加工而成的电极。钨电极材料（又称钨基高比重合金、钨基粉末合金或钨重合金）包括纯钨和钨基高比重合金（如钨钼、钨铁镍、钨镍铜和钨铜合金等）。钨基高比重合金是通过在钨中加入少量的镍铁、镍铜或钼烧结而成，通常按质量百分比计（Wt/%）镍铜（Ni、Cu）：1-3，钨（W）：余量；少数情况下镍铜（Ni、Cu）占比达到：10，钨（W）：余量。钨基高比重合金具有导电性好、导热性好、热膨胀小、密度高、耐高温和强度高等特性，常用来制造抗电弧烧蚀的高压电器开关的触头和火箭喷管喉衬、尾舵等高温构件，也用作电加工的电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合。市售的电极也有将铜合金电极本体材料与钨基高比重合金片连接起来应用于电阻点焊，连接方式有机械镶嵌和钎焊等工艺。铜合金电极本体材料与钨基高比重合金的膨胀系数相差较大，采用机械镶嵌方式加工而成的电极在点焊过程中钨基高比重合金片极易脱落；采用钎焊加工而成的电极，电阻点焊过程中电极端面受到的温度接近被焊金属材料的液相线温度，而钎焊接头的耐高温性能和高温疲劳性能较差，通常受到300-400℃高温作用时，接头很快失强，最后也会导致钨基高比重合金片脱落。
铝合金是所有金属中较难焊接的材料，尤其是电阻点焊铝合金时，表面高电阻以及高熔点的氧化物阻碍电流形成回路。铝与大多数金属作用都会形成金属间化合物，电阻点焊铝合金过程中，电极的端面直接与高温的工件表面接触，在点焊生产中反复承受高温和高压，接触面合金化的结果还会形成粘连。正因如此，电阻点焊铝合金在相同板材厚度的情况下与电阻点焊钢比较，需要电阻点焊钢的电流3-5倍，通过电极的电流越大，电极受热愈严重，电极本体材料的抗高温性能和疲劳性能更差。电阻点焊铝合金时，焊接电流大，点焊时还会产生强磁场，导致焊枪及夹具定位不稳定，产生的涡流导致夹具发热。
基于铝合金材料的性能特点，本发明对于电阻点焊电极材料具有以下两点要求：一是作为电阻点焊电极材料的金属元素要求具有优良的高温性能，导电性和导热性；二是作为电阻点焊电极材料的金属元素与铝合金的亲和力尽量要小，避免在电阻点焊铝合金时电极与铝合金焊件形成粘连。
具有高温性能的金属元素有多种，如钨、钼、钽、铌、钴、镍、锰、铂、钛、铬和金等，同时需要满足优良的导电性和导热性，且与铝合金的亲和力尽量要小的金属元素较少。与此同时，铝合金与大部分金属都会形成金属间化合物，铝合金焊接必须采用专用焊接材料。显然，电阻点焊铝合金也必须采用专用电极。通过健参数理论对金属元素间亲和力计算和铝与其他金属的二元合金相图可知，钨与铝亲和力较小，依次为钼、钴，铜与铝亲和力较大。但是，铜在众多金属元素中具有极好的导电性和导热性，是电力和电子系统最常用的导体。
基于上述金属材料的导电性、导热性和与铝亲和力的关系分析，本发明提出了一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料及其制备方法。本发明采用均匀设计方法设计试验方法，通过遗传算法对钨铜钴钼电阻点焊电极材料的二次型回归方程进行分析，确定了钨铜钴钼电阻点焊电极材料成分。
具体为：基于设计方案试验数据变化规律，确定因素x1(Cu wt.%)、x2(Co wt.%)、x3(Mo wt.%)和x4(W wt.%)约束条件，试验采用二次型回归模型：
，式中，，，为回归系数，ε为随机误差，Y为目标函数。试验因素S=4，试验次数n应满足，综合考虑试验精度要求和试验条件限制，确定试验次数n=15，由
此以导热系数，电阻率和点焊次数为指标，建立电极合金成分与性能之间的回归方程，采用
遗传算法对钨铜钴钼电阻点焊电极材料的二次型回归方程进行分析，优化钨铜钴钼电阻点
焊电极材料化学成分。在遗传算法中，问题的一个可能解通常为一个向量，该向量被定义为
一个固定长度的位串，每个位串是由向量的各个分量按一定顺序排列编码而成。遗传算法
采用适应函数来评价可能解对环境的适应能力。可能解的适应函数值越高，则它对环境的
适应能力就越强，则其保留下来参与衍生下一代可能解的机会就越大。在优化设计中，通常
将优化的目标函数作为适应函数。遗传算法由随机生成的初始群体开始，按照确定式的选
择策略或某种概率选取，再按一定的概率叠加一个重组算子和变异算子。经过这样的选择、
重组和变异处理后，衍生出更能适应环境的下一代群体。对下一代群体，再重复上述选择、
重组和变异过程，如此循环往复，直到满足预先设定的停机准则为止。停机准则可以是达到
设定的迭代代数、满足某种设定的性能指标、群体中出现最优个体、适应函数值不再升高
等。遗传算法本质上是对单目标的无约束搜索算法，而针对导热系数，电阻率和点焊次数的
钨铜钴钼电阻点焊电极材料优化是多目标的局部求值问题，采用遗传算法和分层序列法相
结合的方法，优化设计出适于制备电阻点焊铝合金的钨铜钴钼电阻点焊电极材料。
具体地，是以钨作为电极的基础合金成分，添加铜、钴、钼元素构成钨铜钴钼电阻点焊电极材料，上述金属元素具有优良的高温性能、导电性和导热性，且与铝合金亲和力较小，电极成分按质量百分比计（Wt/%）：铜（Cu）：10-15，钴（Co）：4-6，钼（Mo）：1-4，钨（W）：余量。
本发明钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，采用等离子烧结技术制备而成，再进行机械加工对电极修整，包括以下步骤：
第一步，制备钨铜钴钼合金粉末。所采用的金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%，金属钨粉末的颗粒大小为80-120μm，金属铜、钴和钼粉末的颗粒大小为20-30μm。按照设计的成分采用精度为0.0001g的电子天平称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，采用常规的球磨方法和工艺，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min，球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末。
钨与铝亲和力较小，采用的金属钨粉末颗粒尺寸较大，为80-120μm，其作用是在电极端面增大钨与铝合金的接触面，起到防止或减轻电极中的其他金属元素与铝合金焊件的粘连；金属铜、钴和钼作为粘结合金，采用的颗粒尺寸较小，颗粒尺寸小可以提高钨铜钴钼电阻点焊电极材料的致密性和结合强度，减小金属铜与铝合金的接触面。
第二步，压制成型-高温烧结。高温烧结已经引入现代粉末冶金新技术、新工艺如自蔓燃高温合成粉末制备技术、轴向压制成形技术、粉末轧制、连续挤压等。本发明先期通过模具压制成型，然后采用放电等离子烧结技术制备。将按设计成分制备好的钨铜钴钼金属粉末采用放电等离子烧结技术烧结制备的钨铜钴钼合金电极材料的常规工艺参数为：真空度必须控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min。
第三步，机械加工对电极修整。采用放电等离子烧结技术制备的钨铜钴钼电阻点焊电极本体材料的机械加工性能非常好，可根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再进行加工和修整，然后应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
实施例1:一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，电极成分按质量百分比计（Wt/%）：Cu为10，Co为4，Mo为1，W为余量。
上述钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备钨铜钴钼合金粉末。准备颗粒大小为80-120µmμm的金属钨粉末，颗粒大小为20-30μm的金属铜、钴和钼粉末，金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%。按照上述电极成分采用精度为0.0001g的电子天平称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，采用常规的球磨方法和工艺，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min，球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末。
第二步，压制成型-高温烧结。先将第一步所制钨铜钴钼合金粉末通过模具压制成型，再采用放电等离子烧结制备钨铜钴钼合金电极材料，烧结过程中，真空度必须控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min。
第三步，机械加工对电极修整。根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再对步骤二所制钨铜钴钼合金电极材料进行加工和修整，然后应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
实施例2:一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，电极成分按质量百分比计（Wt/%）：Cu为11，Co为5，Mo为2，W为余量。
上述钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备钨铜钴钼合金粉末。准备颗粒大小为80-120µmμm的金属钨粉末，颗粒大小为20-30μm的金属铜、钴和钼粉末，金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%。按照上述电极成分采用精度为0.0001g的电子天平称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，采用常规的球磨方法和工艺，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min，球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末。
第二步，压制成型-高温烧结。先将第一步所制钨铜钴钼合金粉末通过模具压制成型，再采用放电等离子烧结制备钨铜钴钼合金电极材料，烧结过程中，真空度必须控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min。
第三步，机械加工对电极修整。根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再对步骤二所制钨铜钴钼合金电极材料进行加工和修整，然后应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
实施例3:一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，电极成分按质量百分比计（Wt/%）：Cu为12，Co为6，Mo为3，W为余量。
上述钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备钨铜钴钼合金粉末。准备颗粒大小为80-120µmμm的金属钨粉末，颗粒大小为20-30μm的金属铜、钴和钼粉末，金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%。按照上述电极成分采用精度为0.0001g的电子天平称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，采用常规的球磨方法和工艺，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min，球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末。
第二步，压制成型-高温烧结。先将第一步所制钨铜钴钼合金粉末通过模具压制成型，再采用放电等离子烧结制备钨铜钴钼合金电极材料，烧结过程中，真空度必须控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min。
第三步，机械加工对电极修整。根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再对步骤二所制钨铜钴钼合金电极材料进行加工和修整，然后应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
实施例4:一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，电极成分按质量百分比计（Wt/%）：Cu为13，Co为4，Mo为4，W为余量。
上述钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备钨铜钴钼合金粉末。准备颗粒大小为80-120µmμm的金属钨粉末，颗粒大小为20-30μm的金属铜、钴和钼粉末，金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%。按照上述电极成分采用精度为0.0001g的电子天平称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，采用常规的球磨方法和工艺，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min，球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末。
第二步，压制成型-高温烧结。先将第一步所制钨铜钴钼合金粉末通过模具压制成型，再采用放电等离子烧结制备钨铜钴钼合金电极材料，烧结过程中，真空度必须控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min。
第三步，机械加工对电极修整。根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再对步骤二所制钨铜钴钼合金电极材料进行加工和修整，然后应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
实施例5:一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，电极成分按质量百分比计（Wt/%）：Cu为14，Co为5，Mo为4，W为余量。
上述钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备钨铜钴钼合金粉末。准备颗粒大小为80-120µmμm的金属钨粉末，颗粒大小为20-30μm的金属铜、钴和钼粉末，金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%。按照上述电极成分采用精度为0.0001g的电子天平称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，采用常规的球磨方法和工艺，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min，球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末。
第二步，压制成型-高温烧结。先将第一步所制钨铜钴钼合金粉末通过模具压制成型，再采用放电等离子烧结制备钨铜钴钼合金电极材料，烧结过程中，真空度必须控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min。
第三步，机械加工对电极修整。根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再对步骤二所制钨铜钴钼合金电极材料进行加工和修整，然后应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
实施例6:一钨铜钴钼电阻点焊电极材料，电极成分按质量百分比计（Wt/%）：Cu为15，Co为6，Mo为2，W为余量。
上述钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备钨铜钴钼合金粉末。准备颗粒大小为80-120µmμm的金属钨粉末，颗粒大小为20-30μm的金属铜、钴和钼粉末，金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%。按照上述电极成分采用精度为0.0001g的电子天平称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，采用常规的球磨方法和工艺，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min，球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末。
第二步，压制成型-高温烧结。先将第一步所制钨铜钴钼合金粉末通过模具压制成型，再采用放电等离子烧结制备钨铜钴钼合金电极材料，烧结过程中，真空度必须控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min。
第三步，机械加工对电极修整。根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再对步骤二所制钨铜钴钼合金电极材料进行加工和修整，然后应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
本发明实施例制备的点焊电极与市售点的铬锆铜电极分别进行了铝合金的电阻点焊试验，试验的铝合金为5083系，板厚1.2mm，采用的HFDB-100中频逆变直流点凸焊接机，电极采用端面直径为8mm，点焊基本参数最大加压力8000N，最大短路电流38kA，比较了二种电极点焊铝合金焊件后的性能。
比较铬锆铜电极与本发明的钨铜钴钼电极材料加工而成的电极，铬锆铜电极的导热系数386-392 W/m·k，电阻率为0.0179-0.0192Ωm，尽管导热性和导电性好，但是由于铜和铝的亲和力较大，导致电极使用寿命普遍较低。在电阻点焊铝合金焊件过程中，发现铬锆铜电极在电阻点焊6-10个焊点后电极端面与铝合金粘连非常严重，且粘连程度随点蚀位置的不同而不同，选取内、外点蚀环上粘连程度差别较大的两点进行EDS点扫描和XRD微区检测，电极表面存在的金属间化合物主要为Cu3Al2、AlCu4、Al50Mg48Cu2。
下述所有实施例均按上述工艺步骤和工艺参数进行电阻点焊铝合金焊件试验，表1是钨铜钴钼电阻点焊电极材料成分及其性能。
由表1可知，本发明实施例中，实施例5获得的性能指标最优。点焊电极材料作为导体，首先要求具有优良的导电性，同时工作过程中还要求能承受高温和高压，避免电极与工件间的粘连，这就要求钨铜钴钼电阻点焊电极材料需要兼顾导电性、导热性和铝合金的亲和力三者关系。含铜量高有利于导电性和导热性，不利于防止电极与工件间的粘连。钴、钼和钨具有较好的高温性能，同时与铝合金的亲和力较小，但是，钴、钼和钨的导电性和导热性明显低于铜。正因如此，钨铜钴钼电阻点焊电极材料成分需要在一个合理的范围，同时兼顾导电性、导热性和铝合金的亲和力三者关系。
按照本发明实施例钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，加工而成的电阻点焊电极可达到以下技术指标：
（1）、钨铜钴钼电阻点焊电极进行铝合金的点焊连续次数可达23-35次，市售铬锆铜电极材料进行铝合金的点焊连续次数6-10个焊点后端面粘连了铝合金；
（2）、钨铜钴钼电阻点焊电极具有较好的导热性和导电性，导热系数为206-248w/m﹒k，电阻率0.0486- 0.0511Ω·m。
图1a是铬锆铜焊电极与铝合金点焊后粘连状况金相图，由图1b-图1d可见，铝、镁元素粘连在铬锆铜焊电极表面，结果会导致电极变形和失效。由图1可知，铜与铝可以形成低熔点共晶，二者的亲和力较大，是强烈形成金属间化合物元素，可以形成低熔点共晶，溶蚀非常严重，铝合金粘在铜电极上，电极点蚀情况非常严重，点蚀区域较大。EDS能谱分析证实，电极表面粘连了大量铝合金元素。
由图2可知，钨、钴和钼与铝的亲和力较小，尤其是钨与铝在固态和液态下作用非常弱，铝合金粘在钨铜钴钼电阻点焊电极表面的量较少。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，其特征在于：电阻点焊电极材料是以钨作为电极的基础合金成分，并添加铜、钴、钼金属元素组成，能够应用于电阻点焊铝合金焊件的电极，电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为10-15，Co为4-6，Mo为1-4，W为余量；
所述金属钨、铜、钴和钼的纯度均大于99.9%，金属钨粉末的颗粒大小为80-120µm，金属铜、钴和钼粉末的颗粒大小为20-30μm。
2.根据权利要求1所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，其特征在于：电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为10，Co为4，Mo为1，W为余量。
3.根据权利要求1所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，其特征在于：电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为11，Co为5，Mo为2，W为余量。
4.根据权利要求1所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，其特征在于：电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为12，Co为6，Mo为3，W为余量。
5.根据权利要求1所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，其特征在于：电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为13，Co为4，Mo为4，W为余量。
6.根据权利要求1所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，其特征在于：电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为14，Co为5，Mo为4，W为余量。
7.根据权利要求1所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料，其特征在于：电极成分按质量百分比计Wt/%：Cu为15，Co为6，Mo为2，W为余量。
8.根据权利要求1所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、制备钨铜钴钼合金粉末，准备颗粒大小为80-120µm的金属钨粉末，颗粒大小为20-30μm的金属铜、钴和钼粉末，按照上述电极成分称取金属钨、铜、钴和钼粉放入球磨罐中，真空球磨20h以上得到钨铜钴钼合金粉末；
B、压制成型-高温烧结，先将步骤A所制钨铜钴钼合金粉末通过模具压制成型，再采用放电等离子烧结制备钨铜钴钼合金电极材料，烧结过程中，真空度控制在2×10-2Pa 以上，烧结温度700-1000℃，轴向压力20-30MPa，保温时间3-10min；
C、机械加工对电极修整，根据电阻点焊的焊件对电极端面直径要求再对步骤B所制钨铜钴钼合金电极材料进行加工和修整，并应用于电阻点焊铝合金焊件的电极。
9.根据权利要求8所述的一种钨铜钴钼电阻点焊电极材料的制备方法，其特征在于：步骤A，通过氧化锆材质的球磨珠，直径为10mm，5mm，3mm，重量比为5：3：5，球料比15：1，将粉末混合均匀并进行真空球磨，球磨转速为350r/min。
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