CN103567619B - 铜-铝异种金属快速连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种铜‑铝异种金属的快速连接的方法，首先对铜、铝金属进行预处理，通过机械或化学方法去除金属表面的氧化膜；在金属铜表面涂上一层50um～90um的纳米银焊膏，60℃～80℃预热10min～15min；利用点焊设备实现异种金属的快速连接，压力720N～1200N，焊接电流取10kA～20kA，焊接时间取300ms～800ms。本发明创造性利用点焊设备实现了铜铝的连接，效率高，成本低，且连接界面好，力学性能好，可以很好地满足市场对铜铝接头的需求。此外，纳米银焊膏层可以有效防止铜铝金属间化合物的生成，改善接头力学性能。

Description

铜-铝异种金属快速连接方法
技术领域
本发明涉及一种新的异种金属连接方法，具体地说，涉及铜铝异种金属以纳米银焊膏为中间层的快速连接方法，属于材料加工领域创新型技术。
背景技术
铝合金具有密度低，强度高，耐腐蚀性，热导和电导率高以及加工性能好等优点；铜具有优良的导电，导热性能，耐腐蚀，加工性能好。为了充分发挥铜、铝各自的优点，铜与铝及其合金连接接头广泛用于航空航天、化工、电力、制冷等领域。但是由于铜与铝在物理性能及化学性能存在很大差异，造成其异种金属焊接困难，且极易发生接头脆化、形成裂纹和强度降低。铝及铝合金与铜及铜合金的连接通常采用钎焊或者扩散焊来实现。但是钎焊缺陷对接头性能有极大影响，且时间较长；扩散焊的设备复杂，对焊件表面要求苛刻，工艺难控制，且焊接时间长，效率较低。如果能简化设备，在短时间获得可靠地铜铝接头，将更符合市场的需求。通过点焊技术实现异种金属连接，速度快，效率高，应用前景广阔，但是利用点焊技术实现铜铝异种金属连接一直不可行，原因是因为其物理性能及化学性能差异太大。本发明以纳米银焊膏为中间层，实现了铜铝异种金属连接，且有效阻止铜铝金属间脆性化合物的生产。
发明内容
本发明主要解决铜铝异种金属连接时存在技术复杂且效率低的问题，提供了一种操作简单，连接速度快，且接头牢固的铜铝异种金属连接方法。
本发明方法通过以下技术方案实现。
以纳米银焊膏为中间层，利用点焊设备实现铜铝的快速连接。纳米银焊膏由纳米银颗粒和一些有机溶剂混合而成，由于有机溶剂的存在其电阻值较大。
具体连接方法步骤如下：
（1）对铜、铝金属进行预处理，通过机械或化学方法去除金属表面的氧化膜；对于金属铜也可以提前在其表面镀上一层银防止氧化；
（2）在金属铜表面涂上一层50μm～90μm的纳米银焊膏，60℃～80℃预热10min～15min；
（3）利用点焊设备实现异种金属的快速连接，压力720N～1200N，焊接电流取10kA～20kA，焊接时间取300ms～800ms。
所述的异种金属为铝及铝合金和铜及铜合金。
接头形式为铝上铜下或铜上铝下。
所述的铜和铝的厚度分别小于等于6mm，他们可以不等厚。
实施点焊连接时，施加的压力不宜太大，太大会将焊膏挤出，一般可取720N～1200N，焊接电流取10kA～20kA，焊接时间取300ms～800ms。
本发明的优点：
（1）本发明创造性地利用点焊设备实现了铝铜异种金属的连接，速度快，效率高，且成本低。
（2）本发明使用银焊膏作为为中间层，可以有效阻止铜铝脆性相的生成，提高接头的力学性能和稳定性。
（3）点焊过程中，由于有机成分存在，焊膏层产生大量热；有机成分受热分解，焊膏层阻值急速下降，这个过程有助于铜铝连接。
（4）纳米银焊膏层可以有效防止铜铝金属间化合物的生成，改善接头力学性能。
（5）本发明创造性利用点焊设备实现了铜铝的连接，且连接界面好，力学性能好，可以很好地满足市场对铜铝接头的需求。
附图说明
图1：实施例1、3、4的铜铝异种金属焊接接头示意图；
图2：实施例2、5的铜铝异种金属焊接头接示意图；
图3：接头的金相图。
图4：铜铝接头连接界面的SEM图。
其中：1为铝及铝合金，2为纳米银焊膏层，3为铜及铜合金。
具体实施方式
本发明提供了一种基于纳米银焊膏的铜铝异种金属快速连接的方法。整个过程只需一个加热块和一台点焊机。
首先利用机械或者化学方法去除铜铝表面的氧化膜,对于金属铜也可以提前在其属表面镀上一2～3μm的银防治氧化。
采用化学去除铝材表面的氧化膜，其具体操作步骤为:将铝板放入浓度100g/L、温度为20～40℃的Na0H溶液中浸泡2～4分钟，待铝材表面出现一层黑色的薄膜，然后用清水冲洗干净。接着，将铝材放入浓度为10%～15%的HNO3水溶液中进行3～5分钟的光泽处理。光泽处理完毕后，用清水冲洗掉残余的HNO3溶液，最后用吹风机吹干水渍。
采用机械及化学法去除铜表面的氧化膜，其具体操作步骤为：先用砂纸打磨铜表面的氧化物，然后铜材放入配好的试剂（CH3COOH(40ml/L)，H2SO4(100ml/L)，H2O2(160ml/L)，和C2H5OH(40ml/L)）浸泡10s。然后用清水冲洗干净。
镀银铜的预处理只要用无水乙醇进行表面清洗即可。
以下实例均在铜铝金属表面预处理完成之后进行。
实例1
先在1.5mm厚镀银铜3上涂上一层50μm的纳米银焊膏放在加热台上70℃预热10min，然后将1.5mm的5052铝镁合金1放在上面，焊接接头示意图如1所示。最后利用点焊设备完成铜铝异种金属的快速连接，点焊参数为直流14kA，通电时间400ms，压力为1000N。连接完成后得到铜铝连接接头的横截面金相图如图3所示。铝铜接头连接界面的SEM图如图4所示，界面处有一层均匀的化合物层。接头的的剪切力为160kgf。
实例2
先在2mm镀银铜3表面涂上一层70μm的纳米银焊膏，放在加热台上60℃预热15min,然后与3mm厚的5052铝镁合金1组成如图2所示的焊接接头，最后利用点焊设备完成连接，点焊参数为直流16kA，通电时间600ms，压力为1200N。
实例3
先在3mm铜3表面涂上一层90μm的纳米银焊膏，放在加热台上80℃预热12min,然后与6mm厚的纯铝1组成如图1所示的焊接接头，最后利用点焊设备完成连接，点焊参数为直流20kA，通电时间800ms，压力为1200N。
实例4
先在3mm镀银铜3表面涂上一层70μm的纳米银焊膏，放在加热台上70℃预热12min,然后与1.5mm厚的5052铝镁合金1组成如图1所示的焊接接头，最后利用点焊设备完成连接，点焊参数为直流11kA，通电时间300ms，压力为800N。
实例5
先在1.5mm铜3表面涂上一层50μm的纳米银焊膏，放在加热台上70℃预热10min,然后与3mm厚的纯铝1组成如图2所示的焊接接头，最后利用点焊设备完成连接，点焊参数为直流16kA，通电时间300ms，压力为800N。

Claims (5)

1.一种铜-铝异种金属的快速连接的方法，其特征在于步骤如下：
(1)对铜、铝金属进行预处理，通过机械或化学方法去除金属表面的氧化膜；
(2)在金属铜表面涂上一层50μm～90μm的纳米银焊膏，60℃～80℃预热10min～15min；
(3)利用点焊设备实现异种金属的快速连接，压力720N～1200N，焊接电流取10kA～20kA，焊接时间取300ms～800ms。
2.如权利要求1所述的铜-铝异种金属的快速连接的方法，其特征是所述的铝金属为铝或铝合金。
3.如权利要求1所述的铜-铝异种金属的快速连接的方法，其特征是所述的铜金属为铜或铜合金。
4.如权利要求1所述的铜-铝异种金属的快速连接的方法，其特征是所述的铜或铝的厚度小于等于6mm。
5.如权利要求1所述的铜-铝异种金属的快速连接的方法，其特征是所述的步骤(1)中，对于金属铜在其表面镀上一层银防止氧化。
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