各种电极用铜合金特点

    铜的电导率在金属中仅次于银 , 价格远远低于银。在铜中添加少量合金元素可以显著改善铜的物理 力学性能 , 尤其是硬度和软化温度有较大提高 ,因此 , 在电阻焊中广泛应用的是铜合金。电极用铜合金中常用的合金元素有镉、 银、铬、锆、镍、硅、铍、钴、铝等。它们与铜组成的二元合金、 三元合金或多元合金 , 具有不同的性能 , 能适应各种金属材料焊接的不同需要  。电阻焊电极用铜合金材料的发展历史分 3 个阶段。第 1 阶段 , 20 世纪 70 年代末之前是高导电、中等硬度的非热处理硬化合金。这类材料只能通过冷作硬化提高硬度 , 且再结晶温度低 , 适焊接要求不高的地方。常用的电 极材料有紫铜、镉铜、银铜。第 2 阶段 , 从 20 世纪 80 年代初至20 世纪 90 年代初是热处理强化合金。通过热处理和冷变形联合加工 , 利用添加少量析出强化合金元素进行合金化 , 在不显著降低电导率的同时显著提高合金的强度和使用温度 , 是国内外应用最广泛的电极用铜合金。常用的典型材料有铬铜和铬锆铜。第 3 阶段 , 从 20 世纪 90 年代开始 , 要求电极材料的抗拉强度在 600 M Pa 以上 , 同时具有高的电导率。此类铜合金材料多为固溶时效强化型合金 , 是高强度、中等电导率的电极材料。这类材料的铸件通过适当的热处理 , 可以有接近锻件的力学性能。常用材料有铍钴铜、 镍铜。同时也发展了一些具有专用性能的铜合金 , 如合金硬度很高的铍铜要求高硬度及软化温 度的钨铜、 铜和碳化钨等烧 结材料  。近年来世界各国开始采用弥散强化、 原位复合强化等特殊 方法 研 制和 开 发性 能更 高 的 电极 用 铜 合金。

    随着现代工业生产中自动焊机、 焊接机器人的 大量使用 , 电阻焊需在高速、 高节拍下完成 , 这对电极材料的强度、 软化点和导电性能等提出了更高的 要求。颗粒强化铜基复合材料 ( 又称弥散强化铜 ) 作 为新型电极材料受到重视 , 是由于铜基体中加入或 通过一定的工艺原位生成微细、 弥散分布、具有良好 热稳定的第二相粒子 , 而该粒子可阻碍位错运动 , 提 高材料的室温强度 , 同时可以阻碍再结晶的发生 , 从 而提高材料的高温强度。目前 , 可采用内氧化法和 机械合金化法制取弥散强化铜复合材料。

   电阻焊技术操作简单、 可机械化程度高 , 在未来 的应用里仍会占有重要地位。作为电阻焊技术关键 部件的电极用铜合金不可替代。人们对析出强化高强度、高导电铜合金电极材料的研究已开展了几十 年, 也研制出了许多具有优异性能的合金系列。今 后的研究重点是 : 对现有合金系的强化机理进一步 研究以提高其使用性能 ; 继续研究开发具有自主知 识产权的新型电阻焊电极用铜合金 ; 合金元素多元 化以及工艺的优化。高强度、 高导电铜基复合材料 具有比铜合金 更为优 越的 性能 , 是今 后发 展的 方 向。

    目前 , 内氧化法制备的 Al 2O3 弥散强化铜的 性能已达到了较高的水平 , 但工艺复杂。今后的研 究重点是如何简化工艺以降低成本和进一步提高材 料性能 , 同时加强对一些新的制备方法 , 如复合电沉 积法、真空混合铸造法、 XD 法的研究。形变铜基复 合材料和稀土合金化材料具有优异的综合性能 , 但 成本很高 , 尺寸受到限制 , 目前还没有广泛应用于电 极材料 , 今后的发展趋势是简化工艺 , 并通过多元合 金化途径降低成本 , 使电极用铜合金的选择使用范 围更广。

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