汽车焊接电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车焊接电极材料的制备方法，按质量百分数，包括Cr0.4‑0.8%、Zr0.15‑0.24%、Al0.25‑3%、Ti0.3‑0.5%、Gd0.005‑0.008%、余量Cu。本发明专利技术通过添加有益金属，提高了Cu、Al、Zr、Cr合金的物理性能以及使用寿命；结合创造性的熔炼工艺、两次保温处理，特别是采用新的淬火液，得到了性能优异的电极材料；满足在汽车车身材质逐步由钢板转变为铝合金的趋势下，使用超高电流、高温、不粘连的焊接要求，取得了意想不到的技术效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车焊接用电极材料
，尤其涉及一种以铜为原料，添加其他金属来制作用于汽车车身汽车焊接电极材料的制备方法。
技术介绍
在很多产业中，电阻点焊用来将两个金属工件结合到一起。例如汽车工业在制造过程，经常使用电阻点焊以将预制的金属工件结合到一起。一对相对的焊接电极通常在预定焊接位置被夹持在工件的相对侧上的对齐点上，瞬时电流通过工件从一个焊接电极流向另一个焊接电极，该电流流动的电阻在工件内和结合界面处产生热量，产生的热量开始熔融焊池，润湿钢工件的相邻表面，并且由于电流流动的中断，凝固成焊点熔核，在两个金属工件之间形成全部的或部分的焊接接头。多个单独的焊点沿着金属工件的外围区域或连接区域形成，以保证汽车配件结构良好。为了将重量更轻的材料引入汽车平台，汽车生产需要通过电阻点焊将钢工件与铝或铝合金工件结合。现有铬锆铜电极材料按ISO5182-99标准组织生产，按该标准所选材料首先经过真空炉或电炉熔炼制成一定规格的坯锭，然后通过锻造或者热挤压、固溶处理、在经过冷拔和真空退火（或有氧退火），最后制成用户具体需要的各种规格电极产品。这样加工的电极产品的主要理化性能为：硬度一般在HRB78-82、导电率在MS/m43-44、软化温度在475℃。然而由于汽车生产厂家为了提高汽车质量和能耗的要求，越来越注重使用轻质材料（铝合金）替代原来的中厚板、镀复层钢板，导致选用上述方法制作的电极产品用于汽车车身铝合金板的焊接，常常会出现焊接过程中的“粘连”问题，而且电极产品的使用寿命也较短，无法满足工业化。有研究者以Zn、Al、Cu等作为原料生产了一种铜合金，但是制备时需要经过两次熔铸，增加了步骤、不可控性和成本，并且重熔后浇铸成4mm厚的片状再切割，无法满足汽车生产企业焊接材料的需求。汽车轻量化要求下，使用的材质逐步由厚钢板逐步转变成以铝合金为主的轻质材料，对于焊接材料的焊接性能也提出相应的要求。现有技术提供的焊接电极合金材料无法满足汽车生产厂家以铝合金为材料的汽车生产材料的焊接技术要求；而且制备需要两次熔铸，增加工步序增大了生产成本和不可控性，并且重熔后浇铸成4mm厚片状，无法满足电极材料制作要求。因此需要研发新的焊接电极材料，提高焊接材料的耐高温、耐高压的物理性能，满足铝合金板材在焊接过程中使用超高电流、高温、不粘连的焊接要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种汽车焊接电极材料的制备方法，其结合金属合成技术与熔炼工艺，得到适用于轻质铝合金车身焊接的电极材料。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种汽车焊接电极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将Cu、Al、Zr、Cr混合后加入电炉，于1350～1400℃熔炼，得到铜合金液；调整合金铜液的温度为1100～1200℃，加入Ti以及Gd，得到合金熔液；（2）于1150～1200℃下，将步骤（1）的合金熔液出炉，空气冷却得到铸锭；然后将铸锭于850～900℃下保温4小时；然后立即置入淬火液中；（3）将步骤（2）淬火后的铸锭进行冷挤压处理得到棒材；然后将棒材加工为电极；最后将电极于440～460℃下保温4小时，空气冷却得到汽车焊接电极材料。上述汽车焊接电极材料，按质量百分数，包括以下金属：Cr 0.4-0.8%Zr 0.15-0.24%Al 0.25-3%Ti 0.3-0.5%Gd 0.005-0.008%Cu 余量。本专利技术中，采用真空感应电炉熔炼金属；采用真空时效保温炉进行保温处理。本专利技术中，步骤（2）中，所述淬火液包括水、盐以及冰块；所述淬火液的波美浓度为9～13℃。淬火的目的主要是为了提高材料的硬度及耐磨性，能够更好的符合汽车生产领域焊接材料的硬度要求，提升合金材料的机械性能。控制淬火液的波美浓度，是为了保证合金材料的冷却快，提升合金材料的机械性能最佳工艺技术要求。本专利技术中，淬火液的盐包括氯化钠、结晶磷酸氢二钠、铵盐中的一种或几种；结晶磷酸氢二钠为十二水磷酸氢二钠、十水磷酸氢二钠、六水磷酸氢二钠中的一种；铵盐为硫酸铵、氯化铵或者磷酸铵。优选盐为氯化钠、结晶磷酸氢二钠、铵盐的混合物，其中氯化钠、结晶磷酸氢二钠、铵盐的质量比为1∶0.4∶0.2。淬火工艺是金属熔炼过程中十分重要的一环，高温的金属骤然遇到低温，内部形态以及分子结合力受到极大冲击，从而影响金属的性能，因此淬火液成分相当重要，并不是用冰水保持低温就能改善淬火金属的性能，很多金属加工厂家的技术秘密或者技术诀窍就是在淬火部分，看似简单，实则包含很多细微变化，最基本的就是高温金属接触淬火液后，如何保证淬火液成分不破坏金属液体界面，还有其他很多微小点，恰恰这些地方都会对金属性能产生极大影响，谁都不想得到内部微裂纹的合金；本专利技术配置了氯化钠、结晶磷酸氢二钠、铵盐的混合物作为淬火液主要活性成分，淬火后的合金具有极强的防粘性能，特别是，合金金属极易加工成型。优选的，本专利技术淬火液还包括质量浓度为0.6%的丙烯酸预聚体；将丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、异构十三醇聚氧乙烯醚、N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸铜和水混合，并充分搅拌成乳液；然后滴加质量分数为10%的过硫酸铵水溶液；于75℃反应1.5～2小时，制得预聚体。优选丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、异构十三醇聚氧乙烯醚、N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸铜的质量比为100∶35∶45∶25∶15∶8；这是本专利技术的独创，与高分子专家请教，得到了这个方案。丙烯酸预聚体的存在一方面对维持淬火液温度、盐度均匀性有利，另一方面可以吸附淬火产生的杂质，避免杂质颗粒吸附在合金界面，对提高合金的纯净性很有帮助，从而在后续冷挤压过程中，不会对很薄的合金片材产生内部损伤，保证最终产品性能。保温的铸锭立即置入淬火液中的具体操作方式为现有技术，本领域技术人员根据铸锭大小等因素选择；本专利技术限定在保温后的铸锭置入淬火液后，淬火液的温度保持低于40℃。淬火液保持温度在40℃以下，能够有效控制水温升高造成的淬火冷却度不够带来的机械性能的下降，从而影响产品的质量及使用寿命。立即淬火即从时效保温炉内在额定温度条件下从保温炉内取出到置于淬火液中的时间控制在10秒以内，保证合金材料能够达到快速淬火的目的，从合金进入淬火液至取出合金时间保持在60±5分钟左右。立即淬火的优点在于：合金能够迅速进入淬火液，保证合金的晶粒均匀、成份元素不烧损；保持淬火时间在60±5分钟左右，保证合金淬火彻底，避免外围冷却彻底内部依旧是合金溶液的情况出现，从而造成后续工艺过程的无法正常开展或造成产品质量、性能问题。本专利技术中，步骤（3）中，冷挤压处理时的压力为1200MPa。冷挤压处理是的压力为1200MPa，其优点在于：能够一次成型达到合理的冷挤压压缩比。避免因为压力过大或过小造成冷挤压比压缩比的缩小或扩大，从而影响合金材料的晶粒分布、合金材料的硬度问题。本专利技术中，Cu为高纯电解铜，纯度为99.98%；Zr为金属颗粒，纯度98.5%；Cr为金属颗粒，纯度99.5%；Al为高纯度电解铝；Ti为纯金属颗粒；Gd为纯金属颗粒。使用高纯度金属元素，能够有效的避免有害杂质的掺入，避免有益元素的合金化或氧化，保证所有合金产品内的金属元素均为纯金属元素。本专利技术以Cu、Al、Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车焊接电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将Cu、Al、Zr、Cr混合后加入电炉，于1350～1400℃熔炼，得到铜合金液；调整合金铜液的温度为1100～1200℃，加入Ti以及Gd，得到合金熔液；（2）于1150～1200℃下，将步骤（1）的合金熔液出炉，空气冷却得到铸锭；然后将铸锭于850～900℃下保温4小时；然后立即置入淬火液中；（3）将步骤（2）淬火后的铸锭进行冷挤压处理得到棒材；然后将棒材加工为电极；最后将电极于440～460℃下保温4小时，空气冷却得到汽车焊接电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种汽车焊接电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将Cu、Al、Zr、Cr混合后加入电炉，于1350～1400℃熔炼，得到铜合金液；调整合金铜液的温度为1100～1200℃，加入Ti以及Gd，得到合金熔液；（2）于1150～1200℃下，将步骤（1）的合金熔液出炉，空气冷却得到铸锭；然后将铸锭于850～900℃下保温4小时；然后立即置入淬火液中；（3）将步骤（2）淬火后的铸锭进行冷挤压处理得到棒材；然后将棒材加工为电极；最后将电极于440～460℃下保温4小时，空气冷却得到汽车焊接电极材料。2.根据权利要求1所述汽车焊接电极材料的制备方法，其特征在于，按质量百分数，汽车焊接电极材料包括以下金属：Cr 0.4-0.8%Zr 0.15-0.24%Al 0.25-3%Ti 0.3-0.5%Gd 0.005-0.008%Cu 余量。3.根据权利要求1所述汽车焊接电极材料的制备方法，其特征在于：采用真空感应电炉熔炼金属；采用真空时效保温炉进行保温处理。4.根据权利要求1所述汽车焊接电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述淬火液包括水、盐以及冰块；所述淬火液的波美浓度为9～13℃；在保温后的铸锭置入淬火液后，淬火液的温度保持低于40℃；步骤（3）中，冷挤压处理时的压力为1200MPa。5.根据权利要求1所述汽车焊接电极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭俊锋，曾华，
申请(专利权)人：常熟明辉焊接器材有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32