关于汽车行业的电极材料

　　电 极 材 料

在电阻焊接的过程中，电极担负着三个重要功能：向工件传导电流、向工件传递压力、迅速导散焊接区的热量。

基于电极材料的上述功能，就要求制造电极的材料有足够的电导率、热导率和高温硬度，电极的结构必须有足够的强度和刚度，以及充分冷却的条件。此外，电极与工件间的接触电阻应足够低，以防止工件表面熔化或电极与工件表面之间的合金化。

自从电阻焊在汽车行业应用以来，市场上先后出现了众多的电极材料，归纳起来主要有以下三类：

1类——高电导率，中等硬度的铜及铜合金。这类材料主要通过冷作变形方法达到其硬度要求。适用于制造焊铝及铝合金的电极，也可应用于镀层钢板的点焊，但性能不如2类合金。1类合金还常用于制造不受力或低应力的导电部件。主要代表有紫铜、镉铜、锆铌铜。

2类——具有较高的电导率、硬度高于1类合金。这类合金可以通过冷作变形和热处理相结合的方法达到其性能要求。与1类合金相比，它具有较高的力学性能，适中的电导率，在中等程度的压力下，有较强的抗变形能力，因此是通用的电极材料，广泛地用于点焊低碳钢、低合金钢、不锈钢、高温合金、电导率低的铜合金，以及镀层钢等。2类合金还适用于制造轴、夹钳、台板、电极夹头、机臂等电阻焊机中各种导电部件。主要代表有铬铜、铬锆铜、铬铝镁铜、铬锆铌铜。

3类——电导率低于1、2类合金，硬度高于2类合金。这类合金可以通过热处理或冷作变形和热处理相结合的方法达到其性能要求。这类合金具有更高的力学性能和耐磨性能，软化温度高，但电导率较低。因此适用于点焊电阻率高和高温强度高的零件，如不锈钢、高温合金等。这类合金也适于制造各种受力的导电构件。主要代表有铍钴铜、硅镍铜、钴铬硅铜。

由于铌、铍、钴是放射性原素，随着人们对环保与健康的日益关注，这类铜合金逐渐退出了历史舞台，另有一些铜合金，由于制造过程中的环境污染问题，或者成本的因素而被市场淘汰。

自从镀锌钢板被应用于汽车行业后，对电极材料又提出了新的挑战，因为铬锆铜和锆铜电极在高温高压作用下，极易同熔融的锌形成脆硬的合金层，由于与钢板粘结而被剥离，导致电极端部面积迅速扩大（电流密度下降），加速了电极的失效。弥散强化铜（俗称铝铜）的出现，彻底解决了这一问题，因为弥散在铜中的氧化铝颗粒增强了电极的高温工作稳定性，使得电极在高温状态下不与锌发生合金化，从而延长了电极的'寿命。但是，由于弥散强化铜制造工艺的复杂性，电极成本也居高不下，近几年来，国内许多科研院所也做了努力和偿试，但至今未有工业应用的成果出现。因些，也阻碍了弥散强化铜在国内的应用。

广州兆东公司从事电极帽行业已有十多年时间，近几年来，通过与国外科研机构及知名企业的合作，成功开发了被业内称为“第四代电极”的新型材料电极——涂层电极。涂层电极将普通电极的低本成性与弥散强化铜的高温稳定性完美结合，达到不粘连、节能、长奉命、低成本的特点。目前该产品已在北美部分汽车厂推广成功，并大批量生产。

经过近百年的优胜劣汰，近十多年来，被中国汽车行业普遍采用的电极材料主要为铬锆铜和锆铜。

针对于镀锌钢板焊接，锆青铜有防粘连的效果。因为在锆青铜焊接中，其焊接电流及压力均降低了，这样就使得锌无法得到充分的熔化，也就是防止了锌和铜分子的扩散运动。由于焊件表面锌杂质的减少，加上该材质电极良好的导电性，使得在焊接过程中无需过大的电极力便可获得很好电接触。因此，锆铜在国外得到了更多的应用。但由于锆铜制造工艺较铬锆铜复杂，国内目前尚以铬锆铜为主。