дисперсно-упрочненный композиционный материал для электродов контактной сварки

Формула изобретения

Дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе меди, содержащий алюминий и оксид меди, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Алюминий - 0,4-0,7

Оксид меди - 2,0-2,8

Углерод - 0,2-0,3

Медь - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к составам материалов для электродов контактной сварки, преимущественно для сварки цветных металлов и предварительно покрытых сталей.

Известен дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе меди, содержащий ультрадисперсные частицы Аl₂О₃ и полученный методом "внутреннего окисления" порошка сплава меди с алюминием [1].

Материал обладает высокими прочностными и электрофизическими свойствами как при комнатной, так и при повышенных температурах. Однако длительные окислительно-восстановительные отжиги, характерные для технологии получения этого материала, обусловливают высокие цены на него, что не позволило осуществить его широкое применение в сварочном производстве.

Наиболее близким к заявляемому является дисперсно-упрочненный композиционный материал па основе порошковой меди, содержащий также алюминий и оксид меди [2] и получаемый методом "реакционного размола" смеси указанных порошков в шаровой мельнице, термообработки полученных гранул, во время которой протекают окислительно-восстановительные процессы, например, в среде ₂/Н₂О и их последующего прессования в прутки. В результате вышеуказанного технологического передела в конечном материале получают структуру, состоящую из медной матрицы и ультрадисперсных оксидов алюминия. Указанный материал обладает хорошими физико-механическими характеристиками, что положительно влияет на ресурс изготовленных из него электродов контактной сварки. Однако такой материал имеет недостаточные противоадгезионные свойства, которые необходимы при контактной сварке цветных металлов и предварительно покрытых сталей, а также недостаточный ресурс работы изготовленных из него электродов.

Заявляемое изобретение решает задачу расширения ассортимента материалов, обладающих высокими физико-механическими характеристиками при одновременно высоких показателях противоадгезионных свойств и ресурса работы изготовленных из них электродов контактной сварки. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение противоадгезионных свойств материала и ресурса работы электродов контактной сварки, изготовленных из него, а также расширение ассортимента дисперсно-упрочненных композиционных материалов на основе меди, обладающих высокими физико-механическими характеристиками.

Этот технический результат достигается тем, что дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе меди, содержащий алюминий и оксид меди, дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Алюминий - 0,4-0,7

Оксид меди - 2,0-2,8

Углерод - 0,2-0,3

Медь - Остальное

Из уровня техники не известны аналоги, обладающие тождественной совокупностью признаков.

Заявляемый материал изготавливают из шихты, приготовленной смешиванием порошков алюминия (ГОСТ 5592-71), оксида меди (ТУ 6-09-765-85), углерода (ГОСТ 4404-78) и меди (ГОСТ 4960-75), путем обработки шихты в шаровой мельнице, последующего холодного компактирования полученных гранул в брикеты и их горячей экструзии в пруток или профиль при температуре 750-850^oС. При этом компоненты шихты вступают в твердофазные химические реакции, в том числе и окислительно-восстановительные, в результате которых образуется структура материала, представляющая собой практически чистую медную матрицу с равномерно распределенными в ней ультрадисперсными (0,02...0,03 мкм) частицами оксида и карбида алюминия, а также углерода. Наличие в заявляемом материале мелкодисперсного углерода придаст материалу высокие противоадгезионные свойства, обеспечивая тем самым высокий ресурс изготовленных из него электродов контактной сварки.

В соответствии с описанной технологией были изготовлены прутки заявленного материала с вышеуказанным содержанием компонентов, а также материала-прототипа (табл.1).

Все полученные прутки были подвергнуты испытаниям для определения физико-механических свойств, результаты которых представлены в табл.2. Твердость измерялась по ГОСТ 9012-59, электропроводность - по ГОСТ 7229-76, а температура рекристаллизации определялась измерением твердости после отжига в течение 2 ч, как температура, при которой происходит падение твердости на 15%.

Из табл. 2 видно, что свойства заявляемого материала превышают свойства материала-прототипа.

Для оценки противоадгезионных свойств заявляемого материала и ресурса работы при контактной сварке изготовленных из него электродов из заявляемого материала и материала-прототипа были отштампованы электроды контактной сварки колпачкового типа по ISO 5821. Испытания проводили при сварке оцинкованной стали толщиной 0,8+0,8 мм при следующих режимах сварки:

I_св=10-11 кА; Р_св=230 кГс; t_св=7_пер.

Критерием оценки противоадгезионных свойств материалов было выбрано относительное изменение массы электродов при сварке, обусловленное массопереносом - налипанием на электрод жидкого цинка и его диффузии в материал электрода.

Измерялась масса электродов до (m₀) и после (m_к) испытаний и определялось относительное изменение их массы:



Результаты измерений приведены в табл.3.

Из табл.3 следует, что электроды из заявляемого материала обладают значительно более высокими противоадгезионными свойствами, чем электроды из материала-прототипа.

Критерием оценки ресурса работы электродов служило количество сваренных точек до их переточки. Результаты испытаний представлены в табл.4.

Из табл. 4 видно, что электроды из заявляемого материала имеют ресурс, превосходящий ресурс электродов из материала-прототипа.

Источники информации

1. Е.П. Данелия, В.М. Розенберг. Внутреннеокисленные сплавы. - М.: Металлургия, 1978, 232 с.

2. M. E. Seirafi. Uber die Herstellung dispcrsionsgcharteter Kupfer-Al₂O₃-Werkstoffe. Dissertation. - Wien: TU Wien, 1979, 107 с.