CN102601153B - 一种层状镍/铝复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种层状镍/铝复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：镍带的选择与处理：选择完全退火态镍带作为喷涂铝的基材，然后对其表面进行打磨或喷砂处理，并清洗除油，以获得洁净粗糙的金属面层；喷涂铝：选择铝质电弧喷涂用丝材，利用电弧喷涂装置，在惰性气体保护气氛中向上步镍带表面上均匀喷涂一层铝涂层；轧制：将喷有铝涂层的镍带在轧制机上进行冷轧；退火处理：对轧制后的镍/铝层状复合材料在氢气或者惰性气体保护下进行退火处理。相比传统工艺所制备的镍/铝层状复合材料结合强度更高，弯折性能更好，其结合强度≥30MP，经180°弯折3次以上不断裂，不开裂。

Description

一种层状镍/铝复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种层状镍/铝复合材料的制备方法，特别适用于手机、电脑等电子产品所使用的电池的外引极与铝壳体之间的焊接过渡层的制备，属于金属材料加工领域。

技术背景

随着全球对便携式电子产品如手机、笔记本电脑等需求的迅猛增长，其所使用的镍氢、锂离子、聚合物等类型的电池也逐渐向质轻、高能密度方向发展，其中壳体多数已从钢材改为铝材。电池外引极端一般采用导电性和耐蚀性都较好的纯镍材料，由于镍材与铝材的焊接性差，为了将镍带与铝壳体焊接在一起，则必须在外引极与铝壳体之间采用一种层状镍/铝复合材料作为焊接过渡层。

目前，镍/铝层状复合材料的生产主要集中在日本、美国和中国。国外在制备该层状复合带材时，一般采用真空或气氛保护条件下的热复合工艺，直接获得结合紧密的复合材料和适当的界面结合状态，但是，这对层状金属制备过程使用的设备要求很高，设备受专利保护，很难推广应用。国内在生产这种层状复合带材时主要采用冷轧后退火这种比较传统的工艺来制备。由于镍、铝两种金属的熔点和再结晶温度差异很大，而且两者的塑性流变行为也有很大的差异，因此采用传统的工艺生产的镍/铝层状复合材料其复合层间的结合强度以及弯折性能等均难以达到要求。

发明内容

解决的技术问题是：针对电池镍质外引极端与铝壳体之间焊接的需要以及采用传统工艺所制备的镍/铝层状复合材料存在复合层间的结合强度和弯折性能等难以达到要求等缺点，提出一种层状镍/铝复合材料的制备方法。

技术方案：一种层状镍/铝复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：

(1)镍带的选择与处理：选择厚度为0.05mm～0.4mm，宽度为1.5mm～95mm，纯度≥99.9%的完全退火态镍带作为喷涂铝的基材，然后对其表面进行打磨或喷砂处理，并清洗除油，以获得洁净粗糙的金属面层；

(2)喷涂铝：选择纯度≥99.5%的铝质电弧喷涂用丝材，利用电弧喷涂装置，在惰性气体保护气氛中向步骤(1)中所得到的镍带表面上均匀喷涂一层铝涂层，喷涂层的厚度范围为0.01mm～0.4mm；

(3)轧制：将步骤(2)中得到的喷有铝涂层的镍带在轧制机上进行冷轧，其压下量为原材料厚度的30%～80%；

(4) 退火处理：对轧制后的镍/铝层状复合材料在氢气或者惰性气体保护下进行退火处理，退火温度选择420℃～480℃，退火时间为20min～30min。

上述轧制步骤完成后进行裁边，对层状镍/铝复合材料的边缘进行裁剪，裁剪后切边应整齐，无毛刺。

上述镍带厚度为0.2mm。

上述喷涂层的厚度为0.1mm。

上述压下量为原材料厚度的66.7%。

上述退火温度为450℃，退火时间为30min。

有益效果：本发明所提供的制备方法，对层状金属制备过程使用的设备要求降低，避免使用了价格昂贵的专利设备；且所制备得到的镍/铝层状复合带材，相比传统工艺所制备的镍/铝层状复合材料结合强度更高，弯折性能更好，其结合强度≥30MP，经180°弯折3次以上不断裂，不开裂。

附图说明

图1：实施案例1镍带表面喷涂铝后的截面形貌（放大200倍），图中A为铝层；

图2：实施案例1轧制结束后的截面形貌（放大200倍），图中A为铝层，B为镍层。

具体实施方式

本发明提供一种新的层状镍/铝复合材料的制备方法，其工艺过程主要包括镍带的选择与处理、喷涂铝、轧制、裁边、退火和分切处理几个步骤。具体步骤如下：

(1)镍带的选择与处理：选择厚度为0.05mm～0.4mm，宽度为1.5mm～95mm，纯度≥99.9%的完全退火态镍带作为喷涂铝的基材，然后采用钢丝刷对其表面进行打磨或进行喷砂处理及金属清洗剂除油处理，以获得洁净而且具有一定粗糙度的表面，这样的表面将有利于喷涂层与基体结合。

(2)喷涂铝：选择纯度≥99.5%的铝制电弧喷涂用丝材，利用电弧喷涂装置，选择合适的喷涂参数，在惰性气体保护气氛中向步骤(1)中所得到的镍带表面上均匀喷涂一层铝涂层，根据不同的需求，喷涂层的厚度可以不同，其范围为0.01mm～0.4mm。

(3)轧制：将步骤(2)中得到的喷有铝涂层的镍带在轧制机上进行冷轧，其总的压下量为30%～80%。轧制的目的一是为了消除喷涂过程中形成的孔隙并使的产品的表面光滑平整；二是为了达到用户所要求的产品的厚度。

(4)裁边：将步骤(3)中轧制后的镍/铝复合材料的边缘进行裁剪，裁剪后切边应整齐，无毛刺。

(5)退火处理：对轧制并裁边后的镍/铝层状复合材料在氢气或者惰性气体保护下进行退火处理，退火温度选择420℃～480℃，退火时间为20min～30min。退火处理的目的是为了消除内应力并降低镍层的硬度。

(6)分切：将退火后的镍/铝层状复合带材进行分切，分切后产品的宽度应满足用户的需求。

实施例1：

（1）选取纯度为99.9%，厚度为0.2mm，宽度为30mm的镍带作为喷涂基材，然后用钢丝刷对其表面进行打磨及金属清洗剂除油处理，获得干净而且粗糙的表面。

（2）在惰性气体保护下，采用电弧喷涂装置并选择纯度为99.5%的电弧喷涂用铝质丝材对处理过的镍带表面进行喷涂，喷涂层的厚度为0.1mm。

（3）将喷涂后所得到的复合材料在轧制机上进行冷轧处理，冷轧分三道次进行，第一道次压下0.11mm，第二道次压下0.06mm，第三道次压下0.03mm。轧制结束后，层状复合材料的最终厚度为0.1mm，总的压下量为66.7%。 

（4）将上述轧制后的镍/铝层状复合材料进行裁边，去除毛刺，得到边缘尽可能整齐的产品。

（5）将经轧制并裁边后的层状镍/铝层状复合材料在电阻炉中进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间为30min。

（6）将退火后的镍/铝层状复合带材进行分切，分切后产品的宽度为10mm。

实施案例1镍带表面喷铝后的截面形貌如图1所示；从图中我们测得铝涂层的孔隙率为6.5%，涂层组织较致密，涂层与基体结合紧密无明显的过渡层，结合处无孔隙存在，表明铝涂层与镍基体间以机械结合为主。

实施案例1轧制结束后镍/铝复合材料的截面形貌如图2所示；从图中我们可以看出轧制后，涂层中的孔隙被压合，涂层组织变的相当致密而且表面非常平整，涂层与基体间结合紧密，结合处无孔隙存在。

实施案例1所制备的镍/铝层状复合材料其结合强度为40MP，经180°弯折4次不开裂不断裂。

实施例2：

（1）选取纯度为99.9%，厚度为0.15mm，宽度为40mm的镍带作为喷涂基材，然后用钢丝刷对其表面进行打磨及金属清洗剂除油处理，获得干净而且粗糙的表面。

（2）在惰性气体保护下，采用电弧喷涂装置并选择纯度为99.9%的电弧喷涂用铝质丝材对处理过的镍带表面进行喷涂，喷涂层的厚度为0.15mm。

（3）将喷涂后所得到的复合材料在轧制机上进行冷轧处理，冷轧分三道次进行，第一道次压下0.10mm，第二道次压下0.07mm，第三道次压下0.03mm。轧制结束后，层状复合材料的最终厚度为0.1mm，总的压下量为66.7%。

（4）将上述轧制后的镍/铝层状复合材料进行切边，去除毛刺，得到边缘尽可能整齐的产品。

（5）将经轧制并裁边后的层状镍/铝层状复合材料在电阻炉中进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间为30min。

（6）将退火后的镍/铝层状复合带材进行分切，分切后产品的宽度为8mm。

通过我们所利用的这种方法生产的这种材料，其结合强度≥30MP，经180°弯折3次以上不断裂，不开裂。

实施例3：

（1）选取纯度为99.9%，厚度为0.26mm，宽度为50mm的镍带作为喷涂基材，然后用钢丝刷对其表面进行打磨及金属清洗剂除油处理，获得干净而且粗糙的表面。

（2）在惰性气体保护下，采用电弧喷涂装置并选择纯度为99.9%的电弧喷涂用铝质丝材对处理过的镍带表面进行喷涂，喷涂层的厚度为0.13mm。

（3）将喷涂后所得到的复合材料在轧制机上进行冷轧处理，冷轧分三道次进行，第一道次压下0.15mm，第二道次压下0.1mm，第三道次压下0.04mm。轧制结束后，层状复合材料的最终厚度为0.1mm，总的压下量为74.36%。

（4）将上述轧制后的镍/铝层状复合材料进行裁边，去除毛刺，得到边缘尽可能整齐的产品。

（5）将经轧制并裁边后的层状镍/铝层状复合材料在电阻炉中进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间为30min。

（6）将退火后的镍/铝层状复合带材进行分切，分切后产品的宽度为5mm。

通过我们所利用的这种方法生产的这种材料，其结合强度≥30MP，经180°弯折3次以上不断裂，不开裂。

本发明提供了一种制备层状镍/铝复合材料的思路及方法，上述实施案例都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种层状镍/铝复合材料的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：

（1）选取纯度为99.9%，厚度为0.2mm，宽度为30mm的镍带作为喷涂基材，然后用钢丝刷对其表面进行打磨及金属清洗剂除油处理，获得干净而且粗糙的表面；

（2）在惰性气体保护下，采用电弧喷涂装置并选择纯度为99.5%的电弧喷涂用铝质丝材对处理过的镍带表面进行喷涂，喷涂层的厚度为0.1mm；

（3）将喷涂后所得到的复合材料在轧制机上进行冷轧处理，冷轧分三道次进行，第一道次压下0.11mm，第二道次压下0.06mm，第三道次压下0.03mm；轧制结束后，层状复合材料的最终厚度为0.1mm，总的压下量为66.7%；

（4）将上述轧制后的镍/铝层状复合材料进行裁边，去除毛刺，得到边缘尽可能整齐的产品；

（5）将经轧制并裁边后的层状镍/铝层状复合材料在电阻炉中进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间为30min；

（6）将退火后的镍/铝层状复合带材进行分切，分切后产品的宽度为10mm。