一种铜基合金电极材料及其制造工艺 【技术领域】
本发明涉及一种电极材料及其制造工艺，尤其涉及一种铜基合金材料及其制造工艺。
背景技术
众所周知，机械制造业的进步在很大程度上取决于工艺过程的机械化和自动化。在现有的各种连接工艺技术中，电阻焊作为生产效率最高，制造成本最低，最容易实现机械化、自动化生产的一种焊接工艺，在国民经济的各个领域获得了日益广泛的应用。
电极是电阻焊设备同被焊零件直接接触的消耗件，是电源变压器二次回路的组成部分，对焊接过程，生产效率和焊接质量起着重要作用。实践表明，电极材料的发展，在一定程度上决定着电阻焊工艺技术的发展和应用。
目前国际上使用的电极材料主要为铬青铜、锆青铜及铍青铜。其中铍青铜，尤其是铍钴铜应用较广泛。由于Be和Cu价格都较昂贵，且Be及Be的化合物有剧毒，对人体和环境污染，因此早在1978年的华沙国际焊接会议上专家们就呼吁研制无Be合金以取代有Be合金。目前较现实的措施是采用合适的合金元素部分取代Be，研究低Be含量的电极材料。此外，90年代末发展起来而今仍处于研究试制阶段的颗粒增强和纤维增强铜基复合材料，虽然有良好的综合性能，但生产工艺复杂，技巧性强，生产成本高，远满足不了工业应用。因此开发无毒适用低成本的铜合金材料已成为材料界的共识。
【发明内容】
本发明的目的就是为了克服上述现有材料及工艺存在的缺陷而提供一种低毒性、具有优良力学性能和物理性能、加工工艺简单、成本较低的新型铜基合金电极材料及其热处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种新型铜基合金电极材料，其特征在于，该电极材料含有下列组分及含量(Wt％)：Ni1.0～1.5，Co 0.2～0.5，，Zr 0.08～0.5，Be≤0.35，其余为Cu。
一种新型铜基合金电极材料的制造方法，其特征在于，该方法包括以下工艺步骤：CuNiBeCoZr合金除Ni以纯Ni加入外，其它元素如Co熔点高，Be，Zr极易烧损，故均以Cu-Be，Cu-Co，Cu-Zr中间合金方式加入。合金在真空感应炉中熔炼，铁模浇铸成型，脱模后切割冒口，清理飞边，浇铸成锭。为了除去表面难免存在的气孔夹杂导致的制造缺陷，将铸锭在车床上扒皮，接着在760-900℃温度条件下再热锻成电极要求各种规格的小圆棒，再经热处理加冷变形工艺后得到新型铜基合金电极材料。
所述的热处理与冷变形工艺为：
固溶处理：将铜基合金材料加热至950～970℃，保温1h～1.5h，水冷至室温；
冷变形工艺：经上述固溶处理后的铜基合金材料，在常温下进行40％压缩量的冷变形；
时效处理：将经上述固溶处理并冷变形后的铜基合金材料再加热至450～480℃，保温2.5～3h。
经上述固溶处理与时效处理后的铜基合金电极材料其硬度可达265.8～277.3HV30，其导电率达到52～54％IACS。
【附图说明】
图1为铜基合金材料经热处理与冷变形工艺后的金相组织(×200)
【具体实施方式】
下面对照附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的新型铜基合金电极材料的主要特点是高导电性能和高硬度的相结合，从而满足在焊接过程中服役电极性能的要求，而这个特点的关键技术在于化学成分设计与热处理及冷变形工艺的配合。
本发明的铜基合金按照不同的固溶处理、不同压缩量的冷变形、不同时效处理工艺进行试验，所得结果如下表所示：
表1本发明铜基合金在不同温度固溶处理后的硬度和导电率
在该温度范围内(840～1000℃)进行固溶处理，合金得到固溶强化，其硬度和导电率总的趋势都是先下降后上升。在960℃温度处导电率和硬度都达到了最低值。
表2本发明铜基合金不同时效温度和时间下合金的硬度和导电率
合金的导电率随着时效温度的升高而逐渐升高，合金的硬度随温度变化趋势总体是先上升后下降，并且有峰值出现。由于时效过程一般是过度相向平衡相转变的过程，时效温度过低，过饱和固溶体中沉淀相粒子析出不充分，强化效果差，此可对应于上升阶段；但随着时效温度的不断升高，合金易产生过时效，即原来的细小的粒子会聚集长大，使析出相与基体完全脱离共格关系，使合金的强化效果下降。
本发明合金属于时效析出强化型合金，时效温度越高，则达到时效强化(峰值)的时间越短。但效果比时效温度低、时效时间长的合金差，且高温时效快，很容易产生过时效，所以通常选择的温度低于最高时效温度，再适当延长保温时间，通过缓慢时效来获得良好的强化效果
表3本发明铜基合金冷变形后再时效合金的性能
冷变形后再时效是提高铜合金硬度和导电率，强化合金的有效措施。一般认为合金经冷变形后增加了合金时效析出相形核点，并且减少了不连续析出物，从而可提高合金地性能。经冷变形处理后再时效的合金性能明显优于未经冷变形合金。40％形变量的合金硬度峰值不仅大大高于未变形合金出现的最大值，而且出现峰值时间缩短，对比40％和30％变形量的性能，前者的硬度和导电率在2小时处达到了较好的配合。因此合金的较佳变形量应该是40％。而且在随后的时效处理设计中应采用的工艺为460℃×2h。
实施例1
一种新型铜基合金电极材料，该电极材料含有下列组分及含量(Wt％)：Ni 1.0，Co 0.3，Be 0.2，Zr 0.2，其余为Cu。所述电极材料制造方法为：CuNiBeCoZr合金除Ni以纯Ni加入外，其它元素如Co熔点高，Be，Zr极易烧损，故均以Cu-Be，Cu-Co，Cu-Zr中间合金方式加入。合金在真空感应炉中熔炼，铁模浇铸成型，脱模后切割冒口，清理飞边，浇铸成锭。热处理及冷变形工艺：将铜基合金材料加热至950℃，保温1.5h，水冷至室温；经上述固溶处理后的铜基合金材料，在常温下进行40％压缩量的冷变形；将经上述固溶处理并冷变形后的铜基合金材料再加热至480℃，保温2.5h。经上述固溶处理与时效处理后的铜基合金电极材料其硬度可达270HV30，其导电率达到52％IACS。
实施例2
一种新型铜基合金电极材料，该电极材料含有下列组分及含量(Wt％)：Ni 1.5，Co 0.2，Be 0.3，Zr 0.4，其余为Cu。所述电极材料制造方法为：CuNiBeCoZr合金除Ni以纯Ni加入外，其它元素如Co熔点高，Be，Zr极易烧损，故均以Cu-Be，Cu-Co，Cu-Zr中间合金方式加入。合金在真空感应炉中熔炼，铁模浇铸成型，脱模后切割冒口，清理飞边，浇铸成锭。热处理及冷变形工艺：将铜基合金材料加热至970℃，保温1hh，水冷至室温；经上述固溶处理后的铜基合金材料，在常温下进行40％压缩量的冷变形；将经上述固溶处理并冷变形后的铜基合金材料再加热至460℃，保温3h。经上述固溶处理与时效处理后的铜基合金电极材料其硬度可达269HV30，其导电率达到54％IACS。