[发明专利]一种超细碳化锆颗粒-硼化锆棒晶增强铜基电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于焊接电极用铜基复合材料的制备领域，公开了一种超细碳化锆颗粒‐硼化锆棒晶增强铜基电极材料及其制备方法：将均匀混合的Cu‑Zr‑B₄C混合粉末放入高温管式气氛炉中加热至1250℃，得到含Cu的超细ZrC颗粒与ZrB₂棒晶复合粉体，接着在真空熔炼炉中熔炼无氧铜与含Cu的超细ZrC‑ZrB₂复合粉体的混合物、并施加磁搅拌，从而制备出超细ZrC颗粒‑ZrB₂棒晶增强铜基电极材料。本发明方法具有成本低、工艺简易、生产效率高、增强体细小、分布均匀等特点。

技术领域

本发明属于焊接电极用铜基电极材料的制备领域，主要用于焊机电极头、电极帽等，具体涉及一种超细碳化锆颗粒-硼化锆棒晶增强铜基电极材料及其制备方法。

背景技术

点焊广泛用于汽车、仪表和航空制造等行业，因服役时常承受高温和高压作用，铜合金电极易失效而降低生产效率和影响焊点质量。随着现代生产中自动焊接和焊接机器人的广泛使用，迫切需要开发兼具优良导电性和机械性能的电极材料。解决铜合金性能不足的有效途径之一是制备超细陶瓷增强Cu基复合材料。现有研究表明，纳米Al₂O₃颗粒增强Cu基复合材料具有良好的机械性能，但Al₂O₃陶瓷几乎是绝缘的(电阻系数：1020×10^-6Ω·m)，将它引入铜基中会显著降低电极的导电性。相较之下，ZrC、ZrB₂陶瓷具有高硬度、高熔点、良好的化学稳定性的优点，尤其是导电性优异，是一种更为理想的电极材料增强体。因此，铜基体中超细ZrC-ZrB₂陶瓷的添加，有望在保持铜优良导电性的同时，提高其机械性能。通过自蔓延高温合成技术能制备ZrC-ZrB₂/Cu复合材料(Mengxian Zhang,Yanqiu Huo,Min Huang,et al.The effect of B₄C particle size on the reaction processandproduct in the Cu-Zr-B₄C system.Journal of Asian Ceramic Societies.2015,3:38-43)。该方法具有时间短、能耗低等优点，但自蔓延高温合成产物的孔隙率太高，强硬度太低，实际难以直接使用。因此，需寻求更适宜于ZrC-ZrB₂/Cu复合材料制备方法。

本发明提出一种超细碳化锆颗粒-硼化锆棒晶增强铜基电极材料及其制备方法，该方法操作简单、便于控制、对原材料要求宽松、产物硬度高、空隙率低。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明提供一种超细碳化锆颗粒-硼化锆棒晶增强铜基电极材料及其制备方法，可在保持铜优良导电性的前提下提高其机械性能，同时有效解决了超细碳化锆与硼化锆粉末价格昂贵的问题，该方法还具有设备简单、操作简易、对原材料要求低、生产效率高、增强体细小、分布均匀、产物硬度高、空隙率低等优点。

本发明提供一种超细碳化锆颗粒-硼化锆棒晶增强铜基电极材料，其特征在于，由无氧铜、超细ZrC颗粒与ZrB₂棒晶构成，其中，铜含量为99.0～99.9wt.％，超细ZrC和ZrB₂的总含量为0.1～1.0wt.％。

本发明还提供上述超细碳化锆颗粒-硼化锆棒晶增强铜基电极材料及其制备方法，其制备过程包含以下步骤：

步骤一、以Cu粉、Zr粉和B₄C粉为原料制备含Cu的超细ZrC颗粒-ZrB₂棒晶复合颗粒；

步骤二、将疏松态含Cu的超细ZrC颗粒-ZrB₂棒晶复合颗粒研磨成粉体；