銅-鋁異種金屬快速連接方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種銅-鋁異種金屬的快速連接的方法，首先對銅、鋁金屬進(jìn)行預(yù)處理，通過機(jī)械或化學(xué)方法去除金屬表面的氧化膜；在金屬銅表面涂上一層50um～90um的納米銀焊膏，60℃～80℃預(yù)熱10min～15min；利用點(diǎn)焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬的快速連接，壓力720N～1200N，焊接電流取10kA～20kA，焊接時間取300ms～800ms。本發(fā)明創(chuàng)造性利用點(diǎn)焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)了銅鋁的連接，效率高，成本低，且連接界面好，力學(xué)性能好，可以很好地滿足市場對銅鋁接頭的需求。此外，納米銀焊膏層可以有效防止銅鋁金屬間化合物的生成，改善接頭力學(xué)性能。
【專利說明】 銅-鋁異種金屬快速連接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新的異種金屬連接方法，具體地說，涉及銅鋁異種金屬以納米銀焊膏為中間層的快速連接方法，屬于材料加工領(lǐng)域創(chuàng)新型技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金具有密度低，強(qiáng)度高，耐腐蝕性，熱導(dǎo)和電導(dǎo)率高以及加工性能好等優(yōu)點(diǎn)；銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電，導(dǎo)熱性能，耐腐蝕，加工性能好。為了充分發(fā)揮銅、鋁各自的優(yōu)點(diǎn)，銅與鋁及其合金連接接頭廣泛用于航空航天、化工、電力、制冷等領(lǐng)域。但是由于銅與鋁在物理性能及化學(xué)性能存在很大差異，造成其異種金屬焊接困難，且極易發(fā)生接頭脆化、形成裂紋和強(qiáng)度降低。鋁及鋁合金與銅及銅合金的連接通常采用釬焊或者擴(kuò)散焊來實(shí)現(xiàn)。但是釬焊缺陷對接頭性能有極大影響，且時間較長；擴(kuò)散焊的設(shè)備復(fù)雜，對焊件表面要求苛刻，工藝難控制，且焊接時間長，效率較低。如果能簡化設(shè)備，在短時間獲得可靠地銅鋁接頭，將更符合市場的需求。通過點(diǎn)焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)異種金屬連接，速度快，效率高，應(yīng)用前景廣闊，但是利用點(diǎn)焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)銅鋁異種金屬連接一直不可行，原因是因?yàn)槠湮锢硇阅芗盎瘜W(xué)性能差異太大。本發(fā)明以納米銀焊膏為中間層，實(shí)現(xiàn)了銅鋁異種金屬連接，且有效阻止銅鋁金屬間脆性化合物的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要解決銅鋁異種金屬連接時存在技術(shù)復(fù)雜且效率低的問題，提供了一種操作簡單，連接速度快，且接頭牢固的銅鋁異種金屬連接方法。
[0004]本發(fā)明方法通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0005]以納米銀焊膏為中間層，利用點(diǎn)焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)銅鋁的快速連接。納米銀焊膏由納米銀顆粒和一些有機(jī)溶劑混合而成，由于有機(jī)溶劑的存在其電阻值較大。
[0006]具體連接方法步驟如下:
[0007](I)對銅、鋁金屬進(jìn)行預(yù)處理，通過機(jī)械或化學(xué)方法去除金屬表面的氧化膜；對于金屬銅也可以提前在其表面鍍上一層銀防止氧化；
[0008](2)在金屬銅表面涂上一層50um?90um的納米銀焊膏,60°C?80°C預(yù)熱IOmin?15min ；
[0009](3)利用點(diǎn)焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬的快速連接，壓力720N?1200N，焊接電流取IOkA?20kA，焊接時間取300ms?800ms。
[0010]所述的異種金屬為鋁及鋁合金和銅及銅合金。
[0011 ] 接頭形式為鋁上銅下或銅上鋁下。
[0012]所述的銅和鋁的厚度分別小于等于6mm，他們可以不等厚。
[0013]實(shí)施點(diǎn)焊連接時，施加的壓力不宜太大，太大會將焊膏擠出，一般可取720N?1200N，焊接電流取IOkA?20kA，焊接時間取300ms?800ms。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):[0015](I)本發(fā)明創(chuàng)造性地利用點(diǎn)焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)了鋁銅異種金屬的連接，速度快，效率高，且成本低。
[0016](2)本發(fā)明使用銀焊膏作為為中間層，可以有效阻止銅鋁脆性相的生成，提高接頭的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。
[0017](3)點(diǎn)焊過程中，由于有機(jī)成分存在，焊膏層產(chǎn)生大量熱；有機(jī)成分受熱分解，焊膏層阻值急速下降，這個過程有助于銅鋁連接。
[0018](4)納米銀焊膏層可以有效防止銅鋁金屬間化合物的生成，改善接頭力學(xué)性能。
[0019](5)本發(fā)明創(chuàng)造性利用點(diǎn)焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)了銅鋁的連接，且連接界面好，力學(xué)性能好，可以很好地滿足市場對銅鋁接頭的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1:實(shí)施例1、3、4的銅鋁異種金屬焊接接頭示意圖；
[0021]圖2:實(shí)施例2、5的銅鋁異種金屬焊接頭接示意圖；
[0022]圖3:接頭的金相圖。
[0023]圖4:銅鋁接頭連接界面的SEM圖。
[0024]其中:1為鋁及鋁合金，2為納米銀焊膏層，3為銅及銅合金。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供了一種基于納米銀焊膏的銅鋁異種金屬快速連接的方法。整個過程只需一個加熱塊和一臺點(diǎn)焊機(jī)。
[0026]首先利用機(jī)械或者化學(xué)方法去除銅鋁表面的氧化膜，對于金屬銅也可以提前在其屬表面鍍上一 2?3um的銀防治氧化。
[0027]采用化學(xué)去除鋁材表面的氧化膜，其具體操作步驟為:將鋁板放入濃度100g/L、溫度為20?40°C的NaOH溶液中浸泡2?4分鐘，待鋁材表面出現(xiàn)一層黑色的薄膜，然后用清水沖洗干凈。接著，將鋁材放入濃度為10%?15%的HNO3水溶液中進(jìn)行3?5分鐘的光澤處理。光澤處理完畢后，用清水沖洗掉殘余的HNO3溶液，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干水潰。
[0028]采用機(jī)械及化學(xué)法去除銅表面的氧化膜，其具體操作步驟為:先用砂紙打磨銅表面的氧化物，然后銅材放入配好的試劑(CH3COOH(40ml/L)，H2SO4 (100ml/L)，H2O2 (160ml/L)，和C2H5OH (40ml/L))浸泡10s。然后用清水沖洗干凈。
[0029]鍍銀銅的預(yù)處理只要用無水乙醇進(jìn)行表面清洗即可。
[0030]以下實(shí)例均在銅鋁金屬表面預(yù)處理完成之后進(jìn)行。
[0031]實(shí)例I
[0032]先在1.5mm厚鍍銀銅3上涂上一層50um的納米銀焊膏放在加熱臺上70°C預(yù)熱IOmin,然后將1.5mm的5052鋁鎂合金I放在上面，焊接接頭示意圖如I所示。最后利用點(diǎn)焊設(shè)備完成銅鋁異種金屬的快速連接，點(diǎn)焊參數(shù)為直流14kA，通電時間400ms，壓力為1000N。連接完成后得到銅鋁連接接頭的橫截面金相圖如圖3所示。鋁銅接頭連接界面的SEM圖如圖4所示，界面處有一層均勻的化合物層。接頭的的剪切力為160kgf。
[0033]實(shí)例2
[0034]先在2mm鍍銀銅3表面涂上一層70um的納米銀焊膏，放在加熱臺上60°C預(yù)熱15min,然后與3mm厚的5052鋁鎂合金I組成如圖2所示的焊接接頭，最后利用點(diǎn)焊設(shè)備完成連接，點(diǎn)焊參數(shù)為直流16kA，通電時間600ms，壓力為1200N。
[0035]實(shí)例3
[0036]先在3mm銅3表面涂上一層90um的納米銀焊膏,放在加熱臺上80°C預(yù)熱12min,然后與6mm厚的純鋁I組成如圖1所示的焊接接頭，最后利用點(diǎn)焊設(shè)備完成連接，點(diǎn)焊參數(shù)為直流20kA，通電時間800ms，壓力為1200N。
[0037]實(shí)例4
[0038]先在3mm鍍銀銅3表面涂上一層70um的納米銀焊膏，放在加熱臺上70°C預(yù)熱12min,然后與1.5mm厚的5052鋁鎂合金I組成如圖1所示的焊接接頭，最后利用點(diǎn)焊設(shè)備完成連接，點(diǎn)焊參數(shù)為直流llkA，通電時間300ms，壓力為800N。
[0039]實(shí)例5
[0040]先在1.5mm銅3表面涂上一層50um的納米銀焊膏,放在加熱臺上70°C預(yù)熱IOmin,然后與3mm厚的純鋁I組成如圖2所示的焊接接頭，最后利用點(diǎn)焊設(shè)備完成連接，點(diǎn)焊參數(shù)為直流16kA，通電時間300ms，壓力為800N。
【權(quán)利要求】
1.一種銅-鋁異種金屬的快速連接的方法，其特征在于步驟如下: (1)對銅、鋁金屬進(jìn)行預(yù)處理，通過機(jī)械或化學(xué)方法去除金屬表面的氧化膜； (2)在金屬銅表面涂上一層50um?90um的納米銀焊膏,60°C?80°C預(yù)熱IOmin?15min ； (3)利用點(diǎn)焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬的快速連接，壓力720N?1200N，焊接電流取IOkA?20kA，焊接時間取300ms?800ms。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的鋁金屬為鋁及鋁合金。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的銅金屬為銅和銅合金。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的銅或鋁的厚度小于等于6mm。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(I)中，對于金屬銅在其表面鍍上一層銀防止氧化。
【文檔編號】B23K103/18GK103567619SQ201310467634
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】梅云輝, 李萬里, 陸國權(quán), 李欣 申請人:天津大學(xué)