权利要求
1.一种提高
铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、电极材料粉末的制备：
S11、电极端面层材料粉末P1制备：
电极端面层材料粉末P1由
铜铬锆合金粉末、
石墨烯粉末和碳化钨粉末混合而成;按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.5~1.2%，碳化钨粉末为15~60%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到耐磨防粘连的电极端面层材料粉末P1;
S12、电极过渡层材料粉末P2制备：
电极过渡层材料粉末P2由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末、碳化钨粉末混合而成;按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.2~0.6%，碳化钨粉末为5~20%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到电极过渡层材料粉末P2;
S13、电极基体材料粉末P3制备：
电极基体材料粉末P3由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末混合而成;按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.1~0.2%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到高导电的电极基体材料粉末P3;
S2、整体热压烧结：
将电极端面层材料粉末P1装入热压模具，常温下加载200~600MPa，将粉末振动压实，形成耐磨、防粘连的电极端面层坯料;升起上模压头，将电极过渡层材料粉末P2继续装入热压模具，压头压下，在200~600MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料与过渡层坯料的叠合;升起上模压头，将电极基体材料粉末P3继续装入热压模具，压头压下，在200~600MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料、过渡层坯料、电极基体坯料的多层叠合;电极端面层厚度为1~2mm，过渡层厚度为1~2mm;
将多层坯料压合后，在氩气保护下进行整体热压烧结生成多层电极基体;其中，烧结温度为850~1050℃，具体为900℃，加压载荷80~150MPa，具体为120MPa，烧结时间60~120min，具体为60min，烧结完成后炉内400~650℃保温，具体为650℃保温;
S3、反挤压成形：
将热压烧结的多层电极基体与热压模具从热压烧结炉中取出，将热压模具压头更换为反挤压模具压头，放入压力机中进行反挤压成形，反挤压成形温度为400~650℃，具体为650℃，压下速率为0.05mm/s~2mm/s，具体为0.1mm/s，反挤压成形后电极帽外径20mm，总高度为15mm，经过精加工后得到复合点焊尺寸要求的复合电极材料;其中，在热压烧结和反挤压变形工序中，均采用一模多件的模具设计。
2.根据权利要求1所述的一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，其特征在于：步骤S11，铜铬锆合金粉末的粉末粒径为20~50um，石墨烯粉末的粒径小于0.1um，碳化钨粉末的粒径小于10um。
3.根据权利要求1所述的一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，其特征在于：步骤S12，铜铬锆合金粉末的粉末粒径为20um~50um，石墨烯粉末的粒径小于0.1um，碳化钨粉末的粒径为10um。
4.根据权利要求1所述的一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，其特征在于：步骤S13，铜铬锆合金粉末的粉末粒径为20um~50um，石墨烯粉末的粒径小于0.1um。
5.根据权利要求1所述的一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，其特征在于：步骤S2，常温下加载300MPa载荷，在200~600MPa下将粉末振动压实。
6.根据权利要求1所述的一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，其特征在于：步骤S2，压实后，电极基体、过渡层和电极端面层厚度分别为6mm、2mm和1mm。
7.根据权利要求1所述的一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，其特征在于：步骤S2，烧结温度为900℃，加压载荷120MPa，烧结时间为具体为60min，烧结完成后炉内为650℃保温。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于焊接与连接技术领域，具体涉及一种能够有效提高铝合金电阻点焊电极的导电性和防粘连能力的方法。
背景技术
[0002]电阻点焊在汽车结构部件生产过程中是关键连接技术。具体是，在施加压力条件下，利用电流通过连接接头接触面及临近区域产生的电阻热，将其加热至局部熔化或塑性熔融状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻点焊因其具有质量可靠，效率高，经济性好以及易于实现自动化等特点，现已广泛应用于汽车、航空、电子等行业中。
[0003]在
新能源汽车领域，采用铝合金车身结构部件已成为
汽车轻量化发展的重要方向。但由于铝合金的电阻率小，导热系数大，点焊时需要电流大，能耗高，在实际生产加工中仍存在以下诸多问题：1、现有的点焊电极材料通常是铜铬锆、铬青铜、钨铜等
铜合金材料，在高温高压的耦合作用下电极端面容易产生热变形和磨损;2、铜与铝之间极易形成低熔点共晶化合物，进而引起高温高压下铝合金板材和铜合金电极端面的溶蚀粘连。电极的变形、磨损和粘连会严重影响电极和工件接触面区域的电流分布状态，降低焊点的质量稳定性。
[0004]近年来，我国汽车整车年产量达3000万辆，单件整车车身点焊连接约4000~5000点，由于电极磨损粘连问题，常规市售的铬锆铜电极连续点焊铝合金板材30~40点左右即需修磨，点焊电极材料耗损估算超过百吨，大大影响生产效率和成本。为了提高电极高温下抗变形、磨损和粘连的能力，现有文献中提出了在电极基体中加入陶瓷颗粒，或在电极表面激光熔覆喷涂硬质材料等方法。加入陶瓷颗粒、硬质合金等虽然会提高电极材料强度，但由于材料不同相之间存在界面、缺陷等，不可避免地会导致电极导电性能降低，在大电流点焊时引起电极发热，高温高压下易产生软化和塑性变形;通过激光熔覆或喷涂硬质材料等方法，容易产生涂层剥落、热应力等问题，降低电极寿命。因此，如何在不降低电极导电性的前提下提高电极材料的耐磨防粘连性能，延长电极寿命，仍是铝合金结构件电阻点焊生产制造中亟需解决的问题。
发明内容
[0005]本发明的目的就在于提供一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，以解决有效提高铝合金电阻点焊过程中点焊电极的导电性和防粘连能力，进而提高点焊质量，提高电极使用寿命的问题。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，包括以下步骤：
S1、电极材料粉末的制备：
S11、电极端面层材料粉末P1制备：
电极端面层材料粉末P1由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末和碳化钨粉末混合而成;按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.5~1.2%，碳化钨粉末为15~60%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到耐磨防粘连的电极端面层材料粉末P1;
S12、电极过渡层材料粉末P2制备：
电极过渡层材料粉末P2由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末、碳化钨粉末混合而成;按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.2~0.6%，碳化钨粉末为5~20%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到电极过渡层材料粉末P2;
S13、电极基体材料粉末P3制备：
电极基体材料粉末P3由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末混合而成;按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.1~0.2%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到高导电的电极基体材料粉末P3;
S2、整体热压烧结：
将电极端面层材料粉末P1装入热压模具，常温下加载200~600MPa，将粉末振动压实，形成耐磨、防粘连的电极端面层坯料;升起上模压头，将电极过渡层材料粉末P2继续装入热压模具，压头压下，在200~600MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料与过渡层坯料的叠合;升起上模压头，将电极基体材料粉末P3继续装入热压模具，压头压下，在200~600MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料、过渡层坯料、电极基体坯料的多层叠合;电极端面层厚度为1~2mm，过渡层厚度为1~2mm;
将多层坯料压合后，在氩气保护下进行整体热压烧结生成多层电极基体;其中，烧结温度为850~1050℃，具体为900℃，加压载荷80~150MPa，具体为120MPa，烧结时间60~120min ，具体为60min，烧结完成后炉内400~650℃保温，具体为650℃保温;
S3、反挤压成形：
将热压烧结的多层电极基体与热压模具从热压烧结炉中取出，将热压模具压头更换为反挤压模具压头，放入压力机中进行反挤压成形，反挤压成形温度为400~650℃，具体为650℃，压下速率为0.05mm/s~2mm/s，具体为0.1mm/s，反挤压成形后电极帽外径20mm，总高度为15mm，经过精加工后得到复合点焊尺寸要求的复合电极材料;其中，在热压烧结和反挤压变形工序中，均可采用一模多件的模具设计。
[0007]进一步地，步骤S11，铜铬锆合金粉末的粉末粒径为20~50um，石墨烯粉末的粒径小于0.1um，碳化钨粉末的粒径小于10um。
[0008]进一步地，步骤S12，铜铬锆合金粉末的粉末粒径为20um~50um，石墨烯粉末的粒径小于0.1um，碳化钨粉末的粒径为10um。
[0009]进一步地，步骤S13，铜铬锆合金粉末的粉末粒径为20um~50um，石墨烯粉末的粒径小于0.1um。
[0010]进一步地，步骤S2，常温下加载300MPa载荷，在200~600MPa下将粉末振动压实。
[0011]进一步地，步骤S2，压实后，电极基体、过渡层和电极端面层厚度分别为6mm、2mm和1mm。
[0012]进一步地，步骤S2，烧结温度为900℃，加压载荷120MPa，烧结时间为具体为60min，烧结完成后炉内为650℃保温。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本方法在铜铬锆合金粉末中加入石墨烯粉末和碳化钨粉末，热压烧结形成复合电极材料，复合电极材料包含电极端面层、过渡层和电极基体三个区域，各区域的成分配比不同。本发明通过石墨烯和碳化钨的加入，在不降低电极导电性的前提下，提高电极端面的耐磨防粘性能。与常规铬锆铜电极相比，本方法可使电极端面材料耐磨性提高30%以上，导电率提高10%左右，在铝合金点焊过程中的电极连续点焊次数增加35%以上。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0015]图1本发明提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法的步骤流程图;
图2复合电极材料中的电极基体与过渡层之间的显微组织;
图3复合电极材料中的过渡层与端面层之间的显微组织。
具体实施方式
[0016]下面结合实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0017]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0018]本发明提出一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，将不同配比的铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末和碳化钨粉末进行混合，并分层分区域进行压实，随后，进行整体热压烧结，形成包含电极端面层、过渡层和电极基体三个功能区域的多层复合电极材料。各个区域的材料配比不同，通过热压烧结最终形成一体。热压完成后，在保温状态下将热压模具上压头更换为反挤压模具压头，在高温下对复合电极材料进行反挤压变形，得到满足点焊电极尺寸要求的复合电极材料。如图1所示，制备方法具体包括以下步骤：
S1、电极材料粉末的制备：
电极材料粉末分为三种：电极端面层材料粉末P1，电极过渡层材料粉末P2和电极基体材料粉末P3，具体制备方法如下：
S11、电极端面层材料粉末P1制备：
电极端面层材料粉末P1由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末和碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径小于10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.5~1.2%，碳化钨粉末为15~60%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到耐磨防粘连的电极端面层材料粉末P1，备用。
[0019]S12、电极过渡层材料粉末P2制备：
电极过渡层材料粉末P2由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末、碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.2~0.6%，碳化钨粉末为5~20%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到电极过渡层材料粉末P2，备用。
[0020]S13、电极基体材料粉末P3制备：
电极基体材料粉末P3由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层石墨烯粉末，粒径小于0.1um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.1~0.2%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到高导电的电极基体材料粉末P3，备用。
[0021]S2、整体热压烧结：
将电极端面层材料粉末P1装入热压模具，常温下加载200~600MPa，具体为300MPa载荷，将粉末振动压实，形成耐磨、防粘连的电极端面层坯料;升起上模压头，将电极过渡层材料粉末P2继续装入热压模具，压头压下，在200~600MPa，具体为300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料与过渡层坯料的叠合;升起上模压头，将电极基体材料粉末P3继续装入热压模具，压头压下，在200~600MPa，具体为300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料、过渡层坯料、电极基体坯料的多层叠合。电极端面层厚度为1~2mm，过渡层厚度为1~2mm。具体地，压实后，电极基体、过渡层和电极端面层厚度分别为6mm、2mm和1mm。
[0022]将多层坯料压合后，在氩气保护下进行整体热压烧结生成多层电极基体。其中，烧结温度为850~1050℃，具体为900℃，加压载荷80~150MPa，具体为120MPa，烧结时间60~120min，具体为60min，烧结完成后炉内400~650℃保温，具体为650℃保温。
[0023]S3、反挤压成形：
将热压烧结的多层电极基体与热压模具从热压烧结炉中取出，将热压模具压头更换为反挤压模具压头，放入压力机中进行反挤压成形，反挤压成形温度为400~650℃，具体为650℃，压下速率为0.05mm/s~2mm/s，具体为0.1mm/s。反挤压成形后电极帽外径20mm，总高度为15mm，经过精加工后得到复合点焊尺寸要求的复合电极材料。其中，在热压烧结和反挤压变形工序中，均可采用一模多件的模具设计。
[0024]本发明复合电极材料的高导电性和耐磨防粘性能是通过以下方式实现的：
1、电极基体区域由铜铬锆合金中加入石墨烯粉末制备而成，以保持较高的导电性;
2、在电极端面层区域加入碳化钨以提高电极端面的耐磨防粘性能，由于碳化钨具有较好的硬度和耐磨性，且与铝的亲和度低，因此能降低铝合金点焊时电极端面的粘连溶蚀和磨损。在电极端面层中加入石墨烯粉末，以避免由于碳化钨的加入而引起电极导电性降低;
3、由于碳化钨与铜铬锆的热膨胀系数不同，为缓解由于点焊时电极温度循环变化引起的热应力疲劳，在电极端面层和电极基体之间加入了过渡层，过渡层中碳化钨的质量分数小于端面层内碳化钨的质量分数;
4、将复合电极材料中不同区域的粉末热压烧结到一起后，再通过反挤压工艺成形，能将热压烧结后的复合电极材料进一步压实，以提高材料内部界面的结合强度，并且，进一步改善石墨烯在铜铬锆合金中的弥散分布状态，提高电极材料的均匀性和导电性能。
[0025]实施例1：
一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，包括以下步骤：
S1、电极材料粉末的制备：
S11、电极端面层材料粉末P1制备：
电极端面层材料粉末P1由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末和碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径小于10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.6%，碳化钨粉末为40%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到耐磨防粘连的电极端面层材料粉末P1，备用。
[0026]S12、电极过渡层材料粉末P2制备：
电极过渡层材料粉末P2由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末、碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.3%，碳化钨粉末为20%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到电极过渡层材料粉末P2，备用。
[0027]S13、电极基体材料粉末P3制备：
电极基体材料粉末P3由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层石墨烯粉末，粒径小于0.1um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.1%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到高导电的电极基体材料粉末P3，备用。
[0028]S2、整体热压烧结：
将电极端面层材料粉末P1装入热压模具，常温下加载300MPa载荷，将粉末振动压实，形成耐磨、防粘连的电极端面层坯料;升起上模压头，将电极过渡层材料粉末P2继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料与过渡层坯料的叠合;升起上模压头，将电极基体材料粉末P3继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料、过渡层坯料、电极基体坯料的多层叠合。压实后，电极基体、过渡层和电极端面层厚度分别为6mm、2mm和1mm。
[0029]将多层坯料压合后，在氩气保护下进行整体热压烧结生成多层电极基体。其中，烧结温度为900℃，加压载荷为120MPa，烧结时间为60min，烧结完成后炉内650℃保温。
[0030]S3、反挤压成形：
将热压烧结的多层电极基体与热压模具从热压烧结炉中取出，将热压模具压头更换为反挤压模具压头，放入压力机中进行反挤压成形，反挤压成形温度为650℃，压下速率为0.1mm/s。反挤压成形后电极帽外径20mm，总高度为15mm，经过精加工后得到复合点焊尺寸要求的复合电极材料。
[0031]实施例2：
一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，包括以下步骤：
S1、电极材料粉末的制备：
S11、电极端面层材料粉末P1制备：
电极端面层材料粉末P1由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末和碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径小于10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为1.2%，碳化钨粉末为30%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到耐磨防粘连的电极端面层材料粉末P1，备用。
[0032]S12、电极过渡层材料粉末P2制备：
电极过渡层材料粉末P2由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末、碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.6%，碳化钨粉末为15%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到电极过渡层材料粉末P2，备用。
[0033]S13、电极基体材料粉末P3制备：
电极基体材料粉末P3由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层石墨烯粉末，粒径小于0.1um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.2%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到高导电的电极基体材料粉末P3，备用。
[0034]S2、整体热压烧结：
将电极端面层材料粉末P1装入热压模具，常温下加载300MPa载荷，将粉末振动压实，形成耐磨、防粘连的电极端面层坯料;升起上模压头，将电极过渡层材料粉末P2继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料与过渡层坯料的叠合;升起上模压头，将电极基体材料粉末P3继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料、过渡层坯料、电极基体坯料的多层叠合。压实后，电极基体、过渡层和电极端面层厚度分别为6mm、2mm和1mm。
[0035]将多层坯料压合后，在氩气保护下进行整体热压烧结生成多层电极基体。其中，烧结温度为900℃，加压载荷为120MPa，烧结时间为60min，烧结完成后炉内650℃保温。
[0036]S3、反挤压成形：
将热压烧结的多层电极基体与热压模具从热压烧结炉中取出，将热压模具压头更换为反挤压模具压头，放入压力机中进行反挤压成形，反挤压成形温度为650℃，压下速率为0.1mm/s。反挤压成形后电极帽外径20mm，总高度为15mm，经过精加工后得到复合点焊尺寸要求的复合电极材料。
[0037]实施例3：
一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，包括以下步骤：
S1、电极材料粉末的制备：
S11、电极端面层材料粉末P1制备：
电极端面层材料粉末P1由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末和碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径小于10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.5%，碳化钨粉末为20%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到耐磨防粘连的电极端面层材料粉末P1，备用。
[0038]S12、电极过渡层材料粉末P2制备：
电极过渡层材料粉末P2由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末、碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.2%，碳化钨粉末为10%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到电极过渡层材料粉末P2，备用。
[0039]S13、电极基体材料粉末P3制备：
电极基体材料粉末P3由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层石墨烯粉末，粒径小于0.1um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.1%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到高导电的电极基体材料粉末P3，备用。
[0040]S2、整体热压烧结：
将电极端面层材料粉末P1装入热压模具，常温下加载300MPa载荷，将粉末振动压实，形成耐磨、防粘连的电极端面层坯料;升起上模压头，将电极过渡层材料粉末P2继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料与过渡层坯料的叠合;升起上模压头，将电极基体材料粉末P3继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料、过渡层坯料、电极基体坯料的多层叠合。压实后，电极基体、过渡层和电极端面层厚度分别为6mm、2mm和1mm。
[0041]将多层坯料压合后，在氩气保护下进行整体热压烧结生成多层电极基体。其中，烧结温度为900℃，加压载荷为120MPa，烧结时间为60min，烧结完成后炉内650℃保温。
[0042]S3、反挤压成形：
将热压烧结的多层电极基体与热压模具从热压烧结炉中取出，将热压模具压头更换为反挤压模具压头，放入压力机中进行反挤压成形，反挤压成形温度为650℃，压下速率为0.1mm/s。反挤压成形后电极帽外径20mm，总高度为15mm，经过精加工后得到复合点焊尺寸要求的复合电极材料。
[0043]实施例4：
一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，包括以下步骤：
S1、电极材料粉末的制备：
S11、电极端面层材料粉末P1制备：
电极端面层材料粉末P1由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末和碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径小于10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.5%，碳化钨粉末为20%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到耐磨防粘连的电极端面层材料粉末P1，备用。
[0044]S12、电极过渡层材料粉末P2制备：
电极过渡层材料粉末P2由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末、碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.2%，碳化钨粉末为10%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到电极过渡层材料粉末P2，备用。
[0045]S13、电极基体材料粉末P3制备：
电极基体材料粉末P3由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层石墨烯粉末，粒径小于0.1um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.1%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到高导电的电极基体材料粉末P3，备用。
[0046]S2、整体热压烧结：
将电极端面层材料粉末P1装入热压模具，常温下加载300MPa载荷，将粉末振动压实，形成耐磨、防粘连的电极端面层坯料;升起上模压头，将电极过渡层材料粉末P2继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料与过渡层坯料的叠合;升起上模压头，将电极基体材料粉末P3继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料、过渡层坯料、电极基体坯料的多层叠合。压实后，电极基体、过渡层和电极端面层厚度分别为6mm、2mm和1mm。
[0047]将多层坯料压合后，在氩气保护下进行整体热压烧结生成多层电极基体。其中，烧结温度为900℃，加压载荷为120MPa，烧结时间为60min，烧结完成后炉内650℃保温。
[0048]S3、反挤压成形：
将热压烧结的多层电极基体与热压模具从热压烧结炉中取出，将热压模具压头更换为反挤压模具压头，放入压力机中进行反挤压成形，反挤压成形温度为650℃，压下速率为0.1mm/s。反挤压成形后电极帽外径20mm，总高度为15mm，经过精加工后得到复合点焊尺寸要求的复合电极材料。
[0049]实施例5：
一种提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法，包括以下步骤：
S1、电极材料粉末的制备：
S11、电极端面层材料粉末P1制备：
电极端面层材料粉末P1由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末和碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径小于10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.8%，碳化钨粉末为15%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到耐磨防粘连的电极端面层材料粉末P1，备用。
[0050]S12、电极过渡层材料粉末P2制备：
电极过渡层材料粉末P2由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末、碳化钨粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层纳米级石墨烯粉末，粒径小于0.1um，筛取碳化钨粉末，粒径10um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.5%，碳化钨粉末为5%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到电极过渡层材料粉末P2，备用。
[0051]S13、电极基体材料粉末P3制备：
电极基体材料粉末P3由铜铬锆合金粉末、石墨烯粉末混合而成。选取铜铬锆合金粉末，粉末粒径20um~50um，选取少层石墨烯粉末，粒径小于0.1um，按照质量百分比计wt.%：石墨烯粉末为0.2%，余量为铜铬锆合金粉末，真空球磨2h，得到高导电的电极基体材料粉末P3，备用。
[0052]S2、整体热压烧结：
将电极端面层材料粉末P1装入热压模具，常温下加载300MPa载荷，将粉末振动压实，形成耐磨、防粘连的电极端面层坯料;升起上模压头，将电极过渡层材料粉末P2继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料与过渡层坯料的叠合;升起上模压头，将电极基体材料粉末P3继续装入热压模具，压头压下，在300MPa下将粉末振动压实，形成电极端面层坯料、过渡层坯料、电极基体坯料的多层叠合。压实后，电极基体、过渡层和电极端面层厚度分别为6mm、2mm和1mm。
[0053]将多层坯料压合后，在氩气保护下进行整体热压烧结生成多层电极基体。其中，烧结温度为900℃，加压载荷为120MPa，烧结时间为60min，烧结完成后炉内650℃保温。
[0054]S3、反挤压成形：
将热压烧结的多层电极基体与热压模具从热压烧结炉中取出，将热压模具压头更换为反挤压模具压头，放入压力机中进行反挤压成形，反挤压成形温度为650℃，压下速率为0.1mm/s。反挤压成形后电极帽外径20mm，总高度为15mm，经过精加工后得到复合点焊尺寸要求的复合电极材料。
[0055]表1为实施例1-实施例5所制铝合金电阻点焊高导电耐磨防粘复合电极材料及性能指标。与常规铬锆铜点焊电极相比，采用本发明技术所制备的
复合材料电极的端面硬度和抗粘连溶蚀性能明显增加，耐磨性提高30%，电导率增加10%左右，连续点焊次数提高35%以上。
[0056]表1
[0057]本发明根据点焊电极中不同区域材料性能要求的不同，分区域调配石墨烯、碳化钨和铜铬锆合金粉末的成分配比，进行热压烧结，得到具有高导电基体和耐磨防粘端面的复合电极材料。并且，在基体和端面之间具有过渡层，以降低由于热膨胀系数不同而引起的热应力疲劳。通过反挤压工艺得到满足点焊电极尺寸要求的复合电极材料，能够将热压烧结后的电极复合材料进一步压实，提高多层复合电极材料界面的结合强度，同时，通过反挤压大变形，能够细化晶粒提高强度，并且，进一步改善石墨烯颗粒在铜铬锆合金中弥散分布状态，提高材料均匀性和导电性能。
[0058]如图2所示，按照实施例4的配比得到复合电极材料中的电极基体与过渡层之间的显微组织，层间界面结合紧密，增加过渡层，改善热应力集中问题。
[0059]如图3所示， 按照实施例4的配比得到复合电极材料中的过渡层与端面层之间的显微组织。层间界面结合紧密，端面增加碳化钨和石墨烯，以提高耐磨性和导电性。
[0060]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
说明书附图(3)
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“提高铝合金电阻点焊电极导电性和防粘性的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：长春三友汽车部件制造有限公司
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