镀锌钢板电阻焊电极材料的研究现状.doc

镀锌钢板电阻焊电极材料的研究现状摘要：与普通钢板相比较，镀锌钢板具有良好的耐腐蚀性能，但镀锌钢板电阻焊的电极寿命较短很大程度上提高了焊接成本。为了提高镀锌钢板电阻焊电极的使用寿命，对电极材料的研究很受到广范关注。本文总结了一些镀锌钢板电阻焊电极材料的研究现状以及取得的成果。关键词：电阻焊 镀锌钢板 电极材料 研究现状0前言 由于具有良好的耐腐蚀性能，镀锌钢板近年来在汽车、 家电、 建筑等领域的应用越来越广。在汽车制造业中电阻焊作为一种重要的生产工艺被大量使用。在汽车制造业中镀锌钢板也取代了冷轧钢板1。与普通钢板 电阻焊相比，在焊接镀锌钢板时，其表面的低熔点镀锌层减小了接触电阻和电流密度，需增大焊接电流或延长焊接时间，使得焊接电极易合金化。在高温、 高压下频繁与工件接触， 加快了电极磨损2，因此，电阻焊镀锌钢板电极的寿命一般较短3。为了提高电阻焊时电极材料的使用寿命，各国焊接工作者和材料学家就镀锌钢板电阻焊电极材料进行了大量的研究。1. 氧化铝铜电极 美国 SCM 公司在1973 年开始推出氧化铝弥散强化铜材料。采用了全新的制造工艺， 综合性能得到了较大的提高。具有出色的高温力学性能（软化温度900 ）及良好的导电性（导电率80%85%IACS） 和耐磨性。而且弥散强化铜电极中弥散分布着细小的氧化铝颗粒，可阻止Zn向电极中扩散。减小粘结所带来的电极损耗。从而使命比普通CuCr电极寿命延长22.7 倍。氧化铝铜电极已经正式纳入ASTM 标准。日本也开发并制造、 销售商品名为 DEMIRAS 的弥散强化铜电极材料，并且也纳入了日本 JIS 标准4。与无氧铜电极相比，中南大学汪明朴、 李周等人制备出零烧氢膨胀纳米弥散强化 CuAl2O3合金抗退火软化温度可高达 900 以上， 而导电率可达 75%96%IACS， 具有零烧氢膨胀特性。但目前其造价十分昂贵，在价格上比Cu Cr铜电极高2倍左右，因而目前使用还不普遍。但对镀锌板优异的焊接性能及镀锌板的普遍使用，市场前景很好。2. 铜合金电极 在Cu中加入w（Cr）0.5%1.0形成可以热处理强化的合金材料。由于铬铜是热处理合金， 高温硬度高， 耐用性也好， 导电率和热导率也较高5，因而得到高硬度和良好的导电性的电极材料。但用于镀锌钢板电阻焊时电极寿命很短。而在铬铜合金中加入少量的 Zr 制成的电极材料，其各种性能得到很大改善。但CrZrCu合金电极有 2 个主要缺点： 一是电极会与钢板严重粘结，大大降低生产效率； 二是电阻焊电极的使用寿命要比焊接无镀层钢板时明显缩短。天津大学吴志生等将深冷处理技术应用于提高镀锌钢板电阻焊电极寿命进行了研究6，结果发现，用未深冷处理的CrZrCu合金电极电阻焊镀锌钢板时， 前 200 个焊点的熔核直径变化不大，焊至第 300 个焊点后熔核直径产生较大变化，而且很快减小，电极寿命只有 550 个焊点。用深冷处理的CrZrCu合金电极电阻焊镀锌钢板时，前1500个焊点的熔核直径较稳定，波动较小。150 保温 2 h 与保温 4 h 的深冷电极寿命分别为 1 687 个焊点与 1 743 个焊点， 可以认为寿命相同。170 保温 2 h 的深冷电极的电阻焊过程更为稳定， 在 1 800个焊点范围内熔核直径没有较大波动， 该电极平均命达到2 234个焊点， 寿命进一步提高。用未深冷处理电极电阻焊镀锌钢板时， 粘电极现象严重，并伴有飞溅，而用深冷处理电极电阻焊镀锌钢板时， 焊接过程飞溅较小。由于Cr-Zr-Cu 电极相对其优良的性能来说， 价格比较低廉，能满足生产的需要，因此被广泛使用。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7。3. 复合材料电极 以W-Cu 合金为典型的复合材料电极，是采用在高温下硬度也不降低的W 与导热性好的Cu混合烧结而成的。W 基高密度合金是在 W 中加入少量的镍铁或镍铜烧结而成，W-Cu 复合材料中有 w（Cu）10%40， 也广泛用于镀锌钢板的电阻焊。4. 涂层电极 国内用电火花在CrZrCu电极表面熔敷一层 TiC。 电阻焊镀锌钢板的电极寿命达到1 000 余个焊点，是一般CrZrCu电极（400 个焊点）的 2.5倍。以TiC 涂层延缓和阻止了 Zn 的扩散，延缓了与电极基体 Cu 的合金化。但随着焊点的增加， 可能形成脆性很大的 CuZn 合金，在热和力的作用下脱落，致使其有更大的面积与 Zn 接触， 进一步加快了电极的磨损。针对存在的各种问题， 提出了采用双层和多层涂层8-9。在 CrZrCu 铜合金电极头部先沉积一层Ni 基合金， 然后再沉积 TiC 颗粒增强的 Ni基合金 （双层涂层）。 结果发现，与单层 TiC 颗粒增强的 Ni 基合金相比，双层涂层的致密度、韧性以及与基体的结合得到大大改善，在焊接过程中也不易开裂。陈铮10等人还提出了多层电极的思路，创造性地提出在涂层最顶端沉积一层固体干润滑膜， 可显著降低焊接初期涂层与熔融 Zn 之间的粘附， 延缓了基体与 Cu 的合金化， 可大大提高电极寿命。结语： 镀锌钢板所用的电极材料通常都是铜或铜合金，但由于成本高，价格昂贵，限制了其在生产中的广泛应用。因此，未来的发展方向是降低 Cu 基复合材料的制造成本；找出涂层沉积的最优工艺参数， 从而提高表面涂层的质量， 减少裂纹、 空洞、 涂层脱落等缺陷，提高表面涂层与电极基体的结合强度，从而提高电极的使用寿命；寻找新的适合镀锌钢板焊接的优质电极。参考文献 ：1 Prabhjit Sidhu Wear mechanism and technology improvement of TiC cap electrodes for resistance spot weldingDOntar： the University of Waterloo， 20022 殷美庆， 王 敏， 蒋镜昱， 等 镀锌钢板电阻电极寿命研究 J电焊机， 2003， 33（5）：1415 3 Studdon W Degradation of electrodes when resistance spot welding calume D. Wollongong： the University of Wollongong，1992.4 （日） 滨崎正信搭接电阻焊M 尹克里，等 译. 北京：国防工业出版社，1977：1131175 王锦夏，田卫平新型电阻焊材料-弥散强化铜 J电焊机，1997， 27（4）： 38416 吴志生，单平，廉金瑞，等深冷处理提高镀锌钢板电阻焊电极寿命的机理J 焊接学报，2006，4（4）：7107 李美霞, 杨 涛, 郭志猛. 电阻焊电极用铜合金材料的研究进展 J 河北工业科技， 25（2）：116-118.8 Chen Zheng , Zhou Y Surface modification of resistance welding electrode by electro-spark deposited composite coating ：Part 1 Coating characterizationJ Surface and Coating Technology， 2006， 201（6）：1 5031 5109 Chen Zheng Interfacial microstructure and strength of partial transient li