專利名稱：點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，具體是一種點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代航空、汽車工業(yè)中，防銹能力較好的鍍鋅鋼板應(yīng)用日益增多。鍍鋅鋼板焊接時(shí)一般采用點(diǎn)焊工藝。現(xiàn)有的點(diǎn)焊電極一般采用鉻鋯銅合金，這種合金軟化溫度低，導(dǎo)電性能較差，硬度較低，易產(chǎn)生塑性變形，從而導(dǎo)致點(diǎn)焊電極過(guò)早失效，減低了電極的壽命。而銅基復(fù)合材料可保持銅本身優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，同時(shí)通過(guò)增強(qiáng)體的加入賦予了材料更高的硬度、強(qiáng)度等機(jī)械性能，在點(diǎn)焊電極領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，韓勝利等在發(fā)表的“點(diǎn)焊電極用Al2O3/Cu復(fù)合材料性能研究”(《材料開(kāi)發(fā)應(yīng)用》，2004，19(1)9-11)中，采用內(nèi)氧化法制備的Cu20.6％Al2O3復(fù)合材料具有較高的軟化溫度和導(dǎo)電率(86.49％IACS)，比較適合作點(diǎn)焊電極材料。但內(nèi)氧化工藝比較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備條件要求高，成本較高，且材料質(zhì)量難以控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，不僅可以獲得理想的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能，提高點(diǎn)焊電極的壽命，而且制備方法比較簡(jiǎn)單，成本較低。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，步驟如下(1)取電解銅粉與表面鍍銅的SiC顆粒按重量百分比電解銅粉88.0-97.5％，鍍銅SiC顆粒2.5-12.0％混合，然后將該混合粉末與瑪瑙球在球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，使之混合均勻，球磨時(shí)間在10小時(shí)以上，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為60-120r/min；
(2)將混合均勻的粉末放入模具，在室溫下壓制成型，壓力為200-500MPa，保壓；(3)將壓坯在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度750-900℃，燒結(jié)時(shí)間1-4小時(shí)，真空度在1×10-3Pa以上；(4)將燒結(jié)后的壓坯進(jìn)行熱擠壓成型。
步驟(2)中，所述的壓制成型，保壓5-10min，壓制塊致密度≥80％。
步驟(4)中，所述的熱擠壓，壓坯的預(yù)熱溫度為700-800℃，模具的預(yù)熱溫度為400-500℃，擠壓比10∶1。
本發(fā)明選擇具有一定導(dǎo)電能力的SiC作為增強(qiáng)顆粒，并對(duì)其表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅，獲得了增強(qiáng)顆粒分布均勻，與銅基體結(jié)合良好，具有較高力學(xué)性能的銅基復(fù)合材料的點(diǎn)焊電極，并且點(diǎn)焊電極具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力，制備方法簡(jiǎn)單、成本低。對(duì)材料的測(cè)試結(jié)果表明，增強(qiáng)顆粒的分布均勻，與銅基體的結(jié)合良好，材料的致密度≥99.5％，硬度HRB大于77，導(dǎo)電率仍保持在75.0％IACS以上，這將有效的提高復(fù)合材料電極的軟化溫度和高溫強(qiáng)度，減少點(diǎn)焊過(guò)程中電極頭部的變形和粘附，從而延長(zhǎng)點(diǎn)焊電極的壽命具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1(1)選用平均粒徑為10μm的SiC顆粒，采用鍍銅工藝在SiC顆粒表面鍍覆一層銅涂層，SiC與銅鍍層質(zhì)量比為1∶1。選用的銅粉為平均粒徑40μm，純度≥99.7wt.％的電解銅粉。
(2)分別取電解銅粉與鍍銅SiC顆粒481.1克、12.3克混合均勻并放入球磨機(jī)球磨，球磨時(shí)間10小時(shí)。
(3)將混合均勻的粉末放入模具，在室溫下壓制成型，壓力為200MPa，保壓8min。
(4)將壓制的塊體在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度800℃，燒結(jié)時(shí)間2小時(shí)。
(5)將燒結(jié)后的壓坯進(jìn)行熱擠壓，壓坯預(yù)熱溫度750℃，模具預(yù)熱溫度400℃，擠壓比10∶1，最后通過(guò)機(jī)械加工制成點(diǎn)焊電極。
通過(guò)上述工藝制備出致密度≥99.5％的銅基復(fù)合材料點(diǎn)焊電極。復(fù)合材料的硬度(HRB)為77，電導(dǎo)率86.5％IACS。與普通CuCrZr合金(Cu-0.65％Cr-0.08％Zr，重量百分比)相比(電導(dǎo)率74.5％IACS，75HRB)明顯提高。
實(shí)施例2(1)選用平均粒徑為10μm的SiC顆粒，采用鍍銅工藝在SiC顆粒表面鍍覆一層銅涂層，SiC與銅鍍層質(zhì)量比為1∶1。選用的銅粉為平均粒徑40μm，純度≥99.7wt.％的電解銅粉。
(2)分別取電解銅粉與鍍銅SiC顆粒455.8克、26.7克混合均勻并放入球磨機(jī)球磨，球磨時(shí)間15小時(shí)。
(3)將混合均勻的粉末放入模具，在室溫下壓制成型，壓力為300MPa，保壓5min。
(4)將壓制的塊體在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度850℃，燒結(jié)時(shí)間2小時(shí)。
(5)將燒結(jié)后的壓坯進(jìn)行熱擠壓，壓坯預(yù)熱溫度750℃，模具預(yù)熱溫度400℃，擠壓比10∶1，最后通過(guò)機(jī)械加工制成點(diǎn)焊電極。
通過(guò)上述工藝制備出致密度≥99.5％的銅基復(fù)合材料點(diǎn)焊電極。復(fù)合材料的硬度(HRB)為82，電導(dǎo)率為84.1％IACS。與普通CuCrZr合金(Cu-0.65％Cr-0.08％Zr，重量百分比)相比(電導(dǎo)率74.5％IACS，75HRB)明顯提高。
實(shí)施例3(1)選用平均粒徑為10μm的SiC顆粒，采用鍍銅工藝在SiC顆粒表面鍍覆一層銅涂層，SiC與銅鍍層質(zhì)量比為1∶1。選用的銅粉為平均粒徑40μm，純度≥99.7wt.％的電解銅粉。
(2)分別取電解銅粉與鍍銅SiC顆粒430.2克、40.1克混合均勻并放入球磨機(jī)球磨，球磨時(shí)間20小時(shí)。
(3)將混合均勻的粉末放入模具，在室溫下壓制成型，壓力為400MPa，保壓5min。
(4)將壓制的塊體在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度850℃，燒結(jié)時(shí)間4小時(shí)。
(5)將燒結(jié)后的壓坯進(jìn)行熱擠壓，壓坯預(yù)熱溫度780℃，模具預(yù)熱溫度400℃，擠壓比10∶1，最后通過(guò)機(jī)械加工制成點(diǎn)焊電極。
通過(guò)上述工藝制備出致密度≥99.5％的銅基復(fù)合材料點(diǎn)焊電極。復(fù)合材料的硬度(HRB)為86，電導(dǎo)率為81.3％IACS。與普通CuCrZr合金(Cu-0.65％Cr-0.08％Zr，重量百分比)相比(電導(dǎo)率74.5％IACS，75HRB)明顯提高。
實(shí)施例4(1)選用平均粒徑為10μm的SiC顆粒，采用鍍銅工藝在SiC顆粒表面鍍覆一層銅涂層，SiC與銅鍍層質(zhì)量比為1∶1。選用的銅粉為平均粒徑40μm，純度≥99.7wt.％的電解銅粉。
(2)分別取電解銅粉與鍍銅SiC顆粒405.1克、55.2克混合均勻并放入球磨機(jī)球磨，球磨時(shí)間20小時(shí)。
(3)將混合均勻的粉末放入模具，在室溫下壓制成型，壓力為400MPa，保壓5min。
(4)將壓制的塊體在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度850℃，燒結(jié)時(shí)間4小時(shí)。
(5)將燒結(jié)后的壓坯進(jìn)行熱擠壓，壓坯預(yù)熱溫度800℃，模具預(yù)熱溫度500℃，擠壓比10∶1，最后通過(guò)機(jī)械加工制成點(diǎn)焊電極。
通過(guò)上述工藝制備出致密度≥99.5％的銅基復(fù)合材料點(diǎn)焊電極。復(fù)合材料的硬度(HRB)為91，電導(dǎo)率為77.9％IACS。與普通CuCrZr合金(Cu-0.65％Cr-0.08％Zr，重量百分比)相比(電導(dǎo)率74.5％IACS，75HRB)明顯提高。
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟如下(1)取電解銅粉與表面鍍銅的SiC顆粒按重量百分比電解銅粉88.0-97.5％，鍍銅SiC顆粒2.5-12.0％混合，然后將該混合粉末與瑪瑙球在球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，使之混合均勻；(2)將混合均勻的粉末放入模具，在室溫下壓制成型，壓力為200-500MPa，保壓；(3)將壓坯在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度750-900℃，燒結(jié)時(shí)間1-4小時(shí)，真空度在1×10-3Pa以上；(4)將燒結(jié)后的壓坯進(jìn)行熱擠壓成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(1)中，所述的表面鍍銅的SiC顆粒通過(guò)化學(xué)鍍覆工藝在SiC顆粒表面沉積一層銅涂層得到，銅涂層與SiC重量比為1∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(1)中，所述的電解銅粉選用平均粒徑小于45μm、純度≥99.7wt.％的電解銅粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(1)中，所述的球磨，時(shí)間在10小時(shí)以上，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為60-120r/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(2)中，所述的壓制成型，保壓5-10min，壓制塊致密度≥80％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟(4)中，所述的熱擠壓，壓坯的預(yù)熱溫度為700-800℃，模具的預(yù)熱溫度為400-500℃，擠壓比10∶1。
全文摘要
一種點(diǎn)焊電極用表面改性顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。步驟如下(1)取電解銅粉與表面鍍銅的SiC顆粒按重量百分比電解銅粉88.0－ 97.5％，鍍銅SiC顆粒2.5－12.0％混合，然后將該混合粉末與瑪瑙球在球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，使之混合均勻；(2)將混合均勻的粉末放入模具，在室溫下壓制成型，壓力為200－500MPa，保壓；(3)將壓坯在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度750－900℃，燒結(jié)時(shí)間1－4小時(shí)，真空度在1×10
文檔編號(hào)B23K35/22GK1947895SQ20061011811
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者趙常利, 張小農(nóng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)