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《弥散强化铜电阻焊电极材料的研制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、①弥散强化铜电阻焊电极材料的研制王孟君,娄燕,张辉,彭大署(中南大学材料科学与工程系,湖南长沙410083)摘要:介绍了弥散强化铜电阻焊电板材料的研究与发展过程,并对采用内氧化法和机械合金化方法制备氧化铝铜电极的制备工艺以及有关使用性能作了简要叙述。关键词:弥散强化铜;电阻焊;电极材料;内氧化;机械合金化电阻焊在焊接生产中占有相当重要的地位。电阻焊是将上、下2个电极压靠在被焊2块金属板的两侧,短时间内通过强大的电流在2块之间产生很高的接触电阻热,使2块金属板进行高温焊合。焊接时,虽然焊接电流通过的时间极短,但是由于电流极大,有时甚至达到几万安培,为一般电导材料容许电
2、流密度的100～1000倍。焊接区的温度达到500～650℃,电极顶端部位的温度甚至高达800℃。因此电极在焊接过程中,承受到高电流、高温、高压的作用。自70年代以来,美国SCM公司应用内氧化法成功生产出了C15715,C15760两种合金牌号的弥散铜1,并用作点焊电极。弥散铜的化学成分及电极性能见表1。料,会导致熔体成分严重偏析。另外,因为熔融金属与氧化物间的界面能很高,易于形成絮凝。目前常用制造弥散强化材料的工艺有:内氧化和机械合金化。111粉末的制备11111内氧化法由于Cu与Al2O3的湿润性很差,用内氧化方法来制备弥散强化铜,不仅Al2O3粒子细小,弥散分
3、布均匀,而且制成的Al2O3有较高的热力学稳定性。所以含Al2O3的铜材最适于用内氧化制备。制备工艺过程为:熔炼稀释的铜铝固溶合金,用高压氮气雾化熔体,从而制得粉末;将粉末与氧化剂(细的氧化铜粉)相混合;将混合粉加热到高温,铜氧化物分解,同时生成的氧扩散到铜铝固溶合金的颗粒中,铝比铜易生成氧化物,合金中的铝被优先氧化生成Al2O3;在全部铝都被氧化后,在氢或分解氨气氛加热将粉末,以还原粉末中的过量氧,最终制得弥散强化的铜粉。该工艺过程较复杂,技术参数控制难度大,制造成本高。生产实际中,如控制不当,很难使Al2O3均匀、弥散地分布,从而导致组织和性能的不均,使得塑性变
4、变差,难以加工。11112机械合金化法机械合金化法是制取弥散粉末比较简单、成本较低的一种方法。因为Al2O3粉在Cu粉中的湿润性差,几乎为0,2种粉末间几乎不溶解,不发生化学反应。弥散强化效果很大程度上可通过控制2种粉末的颗粒尺寸和颗粒形状来实现。由于Al2O3粉的颗粒尺寸要比Cu粉的尺寸小得多,一般Al2O3的粒级为1μm,Cu的粒级为0174mm,因此,在弥散铜机械合金化过程中,易于保证Al2O3粉在基体均匀、弥散的分布。至于颗粒形状,一般认为球形颗粒形状比片状颗粒好,因为片状颗粒中,平行短轴原子面上的位错运动阻力较小,而球形粒子对任何原子面上的位错具有相同的阻
5、力。图1为Cu粉和弥散铜粉的SEM图。表1弥散铜的化学成分及电极性能1硬度电导率/熔点/软化延伸率/牌号成分HRB(%IACS)℃温度/℃%9917%Cu+013%Al2O398.9%Cu+1.1%Al2O3C157157692108393018C157608377108393013从表1可以看出,弥散铜电极材料不仅硬度高,电导率也高,而且它的软化点也高达900℃以上。我国对弥散铜电极的研究起步较晚。洛阳铜加工厂技术研究中心、沈阳有色金属加工厂及中南大学等都研制过此类电极,但一直未正式投入批量生产。其主要原因是弥散铜的室温塑性差,加工困难,造成生产成品率低。因此,仍
6、需对提高其塑性,改善加工性能进行研究。1弥散铜电极的制备在制备弥散铜电极的过程中,关键是Al2O3颗粒是否能均匀弥散分布在基体内。由于铜和氧化铝的密度相差悬殊,铜的密度为8194g/cm3,氧化铝密度为319g/cm3,如果用常规的熔铸工艺制造弥散强化材①收稿日期:1999207229第一作者男副教授第2期娄燕等:弥散强化铜电阻焊电极材料的研制55图2点焊电极形状处的弥散相抑制了烧结过程,影响致密度的提高。为了获得完全致密的材料,使表面上的氧化物崩裂是非常重要的。为此,烧结后最好再进行挤压成型,以提高其致密性。表2车制电极尖端的硬度试样号测量各点硬度值平均值转换成H
7、B114HV/2.0117HV/2.0113HV/2.00115HV/2.0101HB图1(a)Cu粉的SEM图;(b)Cu粉和Al2O3粉机械合金化后的SEM图81HV/2.081HV/2.095HV/2.0186HV/2.077HB143HV/2.0148HV/2.0136HV/2.0机械合金化前的混料,在保护气氛(如氩气)下进行,以防止铜的氧化。要使两种密度相差大的粉末直接干性混合均匀是有相当难度的,而在酒精中湿磨,则能得到比较均匀的弥散。在w(Al2O3)=111%时,湿磨时间需2h左右。用机械合金化法制备粉末,其工艺参数易控制。在实际操作中,更容易使A
