点焊电极用铜合金的多元复合强化及微合金化改性研究

The project was proposed to solve the low mechanical properties of traditional spot welding electrode by poly-elements strengthening and micro alloying to obtain high strength,good electrical and thermal conductivity electrode material. In this investigation, based on the existing research results of high-strength and high conductivity copper alloy, aiming at improving the strength, especially high temperature of electrode and lowering the alloying tendency between electrod and work pieces, the strengthening mechanism, preparation processes and their influence on properties of electrode of various elements are systematically studied. The additive and negative effects of various strengthening elements are investigated emphatically. The electrode with good service performance will be obtained by optimization of composition, microstructure and preparation process.The study has important scientific significance and expands the research field of high strength, good conductivity copper alloy. The long life of spot welding electrode can greatly reduce the cost of wleding and improve the welding production effciency,thus has wide application prospects.

针对镀层板电阻点焊过程中传统电极材料力学性能不高、电极容易失效的问题，申请者提出采用同时添加多种强化元素对电极材料进行复合强化、结合微合金化元素的改性作用，以获得高强度的电极材料，导电、导热性又不大幅降低。项目在借鉴现有高强高导电铜合金研究成果的基础上，以提高现有电极材料强度（尤其是高温强度）、降低其与镀层的合金化倾向为目标，系统研究不同强化元素的强化机制、处理工艺及其对电极性能的影响规律；重点研究不同强化元素之间强化效果的相互叠加、抵消作用机制及规律；研究RE、Ti、B等微合金元素对电极合金的净化、组织细化作用和机制。通过合金体系设计、制备工艺的优化，获得高服役性能的电阻点焊电极。项目拓展了高强高导铜合金的研究领域，具有重要的科学理论意义。长寿命点焊电极的获得能够大幅降低镀层板的焊接成本，提高焊接生产效率，具有广泛的应用前景。

传统电阻点焊电极在焊接各类镀层板和低电阻率材料时,在强的热、力联合作用下很容易失效，这是业界迫切想解决的难题。本项目采用同时添加多种强化元素对电极材料进行复合强化、结合微合金化元素的改性作用，以期制备新型高强度、长寿命点焊电极材料。项目在研究典型点焊电极失效机制的基础上，设计开发了Cu-Cr-Zr-Ni-Si、Cu-Cr-Zr-Fe-P、Cu-Cr-Zr-Co-Si、Cu-Ni-Si-Fe等新型电极合金体系、系统研究了上述合金体系中不同强化元素的强化机制、热机械处理工艺及其对电极性能的影响规律，同时选取微量RE、B作为微合金化元素，研究了其对电极合金的影响规律和作用机制。项目主要获得以下成果和结论：.（1）有限元模型与试验相结合，获得了点焊工艺参数、电极设计等对电极失效过程的影响规律及分析模型。.（2）基本探明了Cr、Zr、Ni、Si、Fe、P、Co等强化元素对点焊电极的联合作用规律，开发了Cu-Cr-Zr-Ni-Si、Cu-Cr-Zr-Fe-P、Cu-Cr-Zr-Co-Si、Cu-Ni-Si-Fe等新型长寿命点焊电极合金体系。其中、Cu-Cr-Zr-Ni-Si、Cu-Cr-Zr-Co-Si相较于传统Cu-Cr-Zr点焊电极，其服役寿命分别延长了82%、108%。.（3）揭示了RE、B等微合金化改性元素对点焊电极性能的影响规律，发现微量稀土的添加能够在一定程度上改善点焊电极的传导性能和热稳定性。. 以上研究结果为设计和制备出长寿命新型点焊电极奠定基础或提供新的思路。