CN110202853A - 一种铜铝复合基材及其激光束焊接加工方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。本发明还公开了铜铝复合基材的激光束焊接加工方法及应用。本发明解决铜铝连接的电化学腐蚀问题，获得一种可以替代铜材料制作铜铝连接电气端子的材料，使铜铝连接具有使用寿命更长、加工成本更低、能耗更小的优点。

Description

一种铜铝复合基材及其激光束焊接加工方法和应用

技术领域

本发明涉及导电金属材料技术领域，尤其涉及一种导电铜铝复合基材，以及这种材料的激光束焊接加工方法和其在制作接线端子及电气接头中的应用。

背景技术

铜材质或铜合金材质具有良好的导电性、导热性、塑性而被广泛应用在电气连接领域。然而，铜资源短缺，铜在地壳中的含量只有约为0.01％，随着使用年限的增加，铜成本会逐年递增。为此，人们开始寻找金属铜的替代品来降低成本。

金属铝在地壳中的含量约为7.73％，提炼技术优化后，价格相对较低，且同样具有优良的导电性、导热和塑性加工性，因此，在汽车电气连接领域中以铝代铜是目前发展的主要趋势。

相对于铜，铝的硬度、塑性和耐腐蚀性稍差，但重量较轻，导电率仅次于铜，铝在电气连接领域可以部分替代铜。但是，由于铜铝之间的电极电位差较大，直接连接后，铜铝之间会产生电化学腐蚀，铝易受腐蚀而导致连接区域电阻增大，易在电气连接中产生严重的后果，例如功能失效、火灾等。

现行的铜铝连接方式一般为熔化焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、电子束焊、爆炸焊等，这些焊接方式焊出来的接头脆性大，焊缝中易产生气孔和裂纹，尤其高温处理下的焊缝，晶粒变得粗大，严重影响基材结合面的机械性能和电气性能，无法满足电气连接领域的要求。

发明专利CN106583914A公开了一种面-面渗熔接工艺，是将铜铝材料加温到300℃-550℃，再使用低温摩擦方式，将铜铝之间摩擦清除氧化物，最后通过高压的方式，将铜铝两种材料连接在一起。

但是，上述方法也存在以下弊端：

1、由于铜和铝的熔点的差别很大，加热时，铝在较低的温度下开始软化，但铜还是处于硬态，而铜铝之间的摩擦，并不会完全去除铜铝之间的杂质和氧化物，反而铜会将铝挤压变形，无法使铜与铝达到面与面的完全接触,实际生产中根本无法达到如该发明专利申请中所要求的“结合面中的化合物+氧化物+混合物总量≤5％”的条件。

2、虽然铜和铝在液态下可以无限互溶，但上述方法中加热到300℃～550℃，都没有达到铜和铝的熔点，铜铝还是固态或半固态，这种情况下互相溶合的可能很小，反而会产生较多的Cu₂Al，Cu₃Al₂，CuAl，CuAl₂等金属化合物，从而降低连接面的机械性能和电气性能。

3、在加热环境下，铜和铝易被氧化，铜铝会和空气中的氧气发生氧化，产生高熔点的氧化物，夹杂在铜铝结合面中，使结合面很难达到完全融合的程度。

4、上述方法要对铜铝材料进行固定并在较大压力下进行相对摩擦，因此需要对铜铝材料整体加热的设备装置，以及将铜铝材料进行摩擦的设备装置，附加设备多且成本较高。

5、使用此方法一次只能对单件铜铝材料进行加工，需要单独有上料和下料的时间及装置、物流器具，导致节拍低，生产成本高，不适用大批量生产。

为了解决上述问题，寻找一种使用寿命更长、加工成本更低、能耗更小的铜铝复合基材，是现在行业内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种铜铝复合基材，解决铜铝连接的电化学腐蚀问题，获得一种可以替代铜材料制作铜铝连接电气端子的材料，使铜铝连接具有使用寿命更长、加工成本更低、能耗更小的优点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。

作为进一步的方案，本发明所述的铜铝混合物层中铜铝化合物的总重量占比不超过43.5％。

作为进一步的方案，本发明所述的铜铝混合物层的厚度为0.01μm～2000μm。

作为进一步的方案，本发明所述的铜铝混合物层的厚度为0.1μm～1000μm。

作为进一步的方案，本发明采用激光束焊接方式形成所述的铜铝混合物层。

一种铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，包括

预压紧步骤：把铜基体原材料和铝层原材料引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；

聚焦步骤：采用激光束聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置；

形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个滚压轮挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法还包括在预压紧步骤前的预处理步骤：将所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料进行清洁。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法还包括在预压紧步骤前的预热步骤。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述的预热采用超声波或高频电磁波或电阻或红外加热或等离子弧方式进行。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的预热温度为200℃～548℃。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束为高频扫射激光束或带状激光束。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为450℃～659.5℃。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束焊接形成铜铝混合物层步骤中激光的功率为0.5kw～10kw。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束的光斑直径为0.1mm～1mm。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束扫射频度为50Hz～100Hz。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束的光带宽度为0.1mm～1mm。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，整个加工过程中，在所述铜基体原材料和所述铝层原材料位于防氧化保护气体内。

一种如本发明所述的铜铝复合基材在制作电气接线端子中的应用。

一种电气接线端子，含有本发明所述的铜铝复合基材。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的铜铝复合基材在铜基体和铝层的连接面，铜原子和铝原子在热量和压力的作用下，相互渗透或相互结合形成铜铝混合物层，既避免铜铝之间发生电化学腐蚀，也提高了铜铝连接的电学性能和力学性能，使铜铝复合基材的机械性能和电学性能显著提高。

2.本发明所述的铜铝复合基材代替目前常见的铜质材料制作成接线端子，在电气连接领域，能够有效的减少铜端子与铝导线之间使用直接机械压接或焊接方式而导致的电化学腐蚀，显著提高接头的使用寿命，相比使用直接机械压接或焊接连接方式的接头，使用寿命至少延长20％。

3.本发明所述的铜铝复合基材制作的铜铝连接接头，可以直接与铜材或铝材进行压接或焊接，不需要再进行复杂的连接加工和严苛的密封方式，降低了加工的工艺要求，提高生产效率。另外由于不需要进行类似熔化焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、电子束焊、爆炸焊等之类的方式加工，可以有效的降低铜铝连接接头的设计结构，减少接头加工成本，从而降低整体电气连接的成本。

4.本发明所述的激光束焊接加工方法使用激光束对铜基体和铝层进行加热的方法，比将整体压力机构加热需要的设备及能量更少，且激光束的能量控制、加热点的温度更加精确，可使铜铝瞬间达到指定温度，使加工更稳定，从而节省能源，获得力学性能和电学性能更优的铜铝复合基材。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并依照说明书的内容予以实施，同时为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为使用激光束方式加工的铜铝复合基材的方法示意图；

图2为加工完成后的铜铝复合基材截面图；

其中，各附图标记为：1、铜基体，2、铝层，3、铜铝混合物层，4、铝层原材料，5、铜基体原材料，6、滚压轮，7、激光束，8、铜铝复合基材。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

如图1和图2所示，一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体1和铝层2；所述铝层2设置在所述铜基体1的至少其中一个表面上，所述铜基体1与铝层2之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子互相结合的铜铝混合物层3。能有效减缓或避免铜铝接合面直接接触时存在缝隙，在空气和水的作用下，导致铜铝之间发生的电化学腐蚀，从而延长由铜铝复合基材制成的电气接头的使用寿命。

在本发明的研究中发现：铜基体1与铝层2之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子互相结合形成的铜铝混合物层中至少包含了铜单质、铝单质、铜铝固溶体、铜铝化合物中的一种。所述铜铝化合物含有铜元素和铝元素的化合物，具体的铜铝化合物可列举但不限于包括Cu₂Al，Cu₃Al₂，CuAl，CuAl₂等。由于铜铝化合物的总重量占比是影响铜基体与铝层连接性、导电性的重要因素。，由于铜铝化合物脆性大，电阻率高，在本发明的研究中发现铜铝化合物周围容易产生应力集中导致裂纹产生，从而降低铜铝复合基材的机械强度和电气性能，在大量的测试中发现，铜铝化合物在铜铝混合物层中总重量占比越大，内部应力越集中，当铜铝混合物中铜铝化合物的总重量占比低于一个临界值，铜铝复合基材的机械强度和电气性能满足性能要求，但是当铜铝混合物中铜铝化合物的总重量占比高于这个临界值时，性能急剧下降，铜铝复合基材的机械强度和电气性能已经不能满足要求。在本发明中，应控制所述铜铝混合物层中铜铝化合物的总重量占比不超过43.5％。

在本发明的优选方案中，本发明所述的铜铝混合物层的厚度为0.01μm～2000μm。铜铝混合物层的厚度之所以选择在上述范围内，是因为在发明人的研究过程中发现：当铜铝混合物层的厚度小于0.01μm时，则铜铝之间结合程度较小，无法保证铜铝之间的无缝连接，也无法减缓铜铝之间的电化学腐蚀，另外铜基体和铝层之间的结合力小，从而导致铜铝复合基材的电学性能和力学性能无法满足要求，制成的端子也无法达到设计的使用寿命。但如果铜铝混合物层的厚度大于2000μm时，加工铜铝复合基材所使用的激光器功率和滚压轮压力已超出设备的工作负载，加工时间也会急剧增加，已经不满足对生产成本控制的要求，而对于铜铝复合基材的力学性能和电学性能，并没有增长反而有下降。因此发明人设定上述铜铝混合物层的厚度。优选的，铜铝混合物层的厚度为0.1μm-1000μm。

作为进一步的方案，本发明采用激光束焊接方式形成所述的铜铝混合物层。

一种铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，包括：

预压紧步骤：把铜基体原材料5和铝层原材料4引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；

聚焦步骤：采用激光束7聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置；

形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个滚压轮6挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层，得到铜铝复合基材8。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法还包括在预压紧步骤前的预处理步骤：将所述铜基体原材料和/或所述铝层进行清洁。所述铜基体原材料和所述铝层原材料表面会有碎屑、油污、氧化层等杂质存在，如果不进行清洁，这些杂质会混杂在所述铜铝混合物层中，从而降低所述铜铝混合物层的机械性能和电气性能，导致铜铝复合基材的性能达不到使用要求。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法还包括在预压紧步骤前的预热步骤。具体的，本发明所述的预热方式可以选择采用超声波或高频电磁波或电阻或红外加热或等离子弧等方式进行。其中，超声波加热是物体相互挤压摩擦机械处理过程，把高频电能通过换能器装置转换成机械能作用于工件，使相互接触的工件表面产生高频摩擦使之生热；超声波加热方式，需要与被加热零件接触，对零件和加热头都有磨损的情况，能量转换率较高，能达到70％左右，其优点是加热速度快，但是由于热源由加热头向四周扩散，加热均匀度不高。高频电磁波加热的原理是通过利用高频电场的能量对电介质类材料进行的电加热，高频电场作用下使电介质类材料内部产生交变的电流(即涡流)，原子在涡流作用下互相碰撞、摩擦而产生热能。高频电磁波加热是非接触式加热，对工件没有损伤；其优点是能量转换率较高，能达到90％左右，加热速度快，加热均匀。电阻加热是指利用电流通过电阻体的热效应，对物料进行电加热的方法；电阻加热是非接触式加热，对工件没有损伤；能量转换率一般，能达到60％左右，加热速度快，加热均匀。红外加热是利用由电能产生的红外辐射来传递热能的电加热，是非接触式加热，对工件没有损伤，能量转换率较高，能达到70％左右；但由于铜铝反射光的程度较高，因此加热速度较慢，加热均匀。因此，在本发明中优选的预热方式是采用高频电磁波预热。

在本发明中，经研究发现：预热温度对铜铝原子的活跃能量的影响较大，当预热温度小于200℃时，铜铝原子的活跃能量少，无法达到加速扩散的目的，导致铝层从铜基体上的剥离力急剧下降，铜铝复合基材的电压降急剧上升，已经不满足铜铝复合基材的力学性能和电学性能。当预热温度过高时，铝层由于快接近熔点而软化，在压力作用下变形量加大，铜铝复合基材形状尺寸无法达到要求。当预热温度达660℃以上，所述铝层原材料已经融化，无法进行铜铝复合基材的制作。另外，根据铜铝之间的共晶温度，在预热温度达到548℃以上时，铜铝之间产生的不只是共晶固溶物，还有导电性能和机械性能都很差的铜铝化合物，并且在温度降低后，铜铝化合物会结晶并进行支状生长，形成很多的空洞，从而降低了铜铝复合基材的机械性能和电气性能。因此，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的预热温度为200℃～548℃。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束为高频扫射激光束或带状激光束。

在本发明中，激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料施加的能量，使铜铝材料达到加工温度，如果加工温度太低，铜铝之间难以形成铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层，铜铝复合基材的力学强度和电学性能也达不到应用的要求。但是，如果加工温度过高，超过660℃以上时，所述铝层原材料已经融化，无法进行铜铝复合基材的制作。另外当加热温度过高时，在铜铝复合基材冷却时，铜铝化合物会结晶并进行支状生长，形成很多的空洞，从而降低了铜铝复合基材的机械性能和电气性能。优选的，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为450℃～659.5℃。

作为进一步的方案，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束焊接形成铜铝混合物层的步骤中激光的功率为0.5kw～10kw。所述激光束的功率越大，对所述铜基体原材料和所述铝层原材料施加的能量就越大。在激光功率小于0.5kw的情况下，由于功率输入较小，铜侧与铝侧的照射能量也小，不能及时的将铜基体原材料和铝层原材料进行加热，导致无法形成铜铝混合物层，铜铝复合基材的机械性能和电气性能也达不到要求值。当激光功率大于10kw后，铜侧与铝侧的照射能量过大，从而导致铜基体原材料和铝层原材料的表面温度大于设定的焊接温度，会产生很多机械性能和电气性能较差的铜铝化合物，甚至会使铜铝金属瞬间融化，无法达到铜铝复合基材的机械性能和电气性能要求。因此，发明人设定所述激光束焊接形成铜铝混合物层的步骤中激光的功率为0.5kw～10kw。

由于铜、铝均属于高热导率金属，在焊接过程中对于热量的散失非常迅速，使得焊缝很难保持较长时间的熔融状态；对于热导率差异很大的金属组合，在对接的过程中可能会造成非对称的焊缝出现；同时，材料之间热导率和比热容的差异会影响金属的结晶条件，导致晶粒出现严重粗化或形成支状结构，并影响难熔金属的润湿性能。由于激光束焊接使用热量密度很大的热源，能够解决上述问题，而且激光束的热量主要取决于激光束的光斑直径。为了避免铜铝焊接过程的热量散失同时保证铜铝在激光焊接过程能较长时间保持热活跃状态，实现铜铝之间的原子相互渗透或相互结合，本发明所述的激光束焊接加工方法中，激光束的光斑直径为0.1mm～1mm。当激光束光斑直径在该范围时，由于激光焦斑直径较小，在焊接的过程中热源密度非常高，在焊接面铜原子和铝原子会迅速激活进入跃迁状态，从而使铜铝之间的原子能够迅速渗透或相互结合，能够实现铜铝原子之间的良性融合，焊接后能大幅度增大铝层在铜基体上剥离力，降低铜铝复合基材的电压降，提高铜铝复合基材的性能。

发明人在本发明的研究中发现：当激光束扫射频度较低时，激光束扫描回上一次加热的点的时间过长，导致上一次加热的点已经冷却，需要不断的重复加热，浪费激光束能量，降低作业效率；如果激光束扫射频度过大时，对设备振动频率要求很高，并且导致激光束的光斑在所述铜基体原材料或所述铝层原材料停留的时间过短，只有较少的能量加载到所述铜基体原材料或所述铝层原材料上，导致作业效率低，甚至出现虚焊的情况。因此，本发明所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束扫射频度为50Hz～100Hz。

进一步的，由于高频扫射激光束，需要激光发射装置进行高频扫射，对机械结构和设备维护要求很高，成本较高，因此，使用带状激光束，可以使用静态激光发射装置，并且带状激光束能量稳定，每个加热点加热均匀。在本发明中，所述激光束的光带宽度为0.1mm～1mm。

由于铜和铝都是活泼金属，在空气和水的作用下，会慢慢氧化，温度升高后，氧化的速度会加快。在本发明中，所述铜基体原材料和所述铝层原材料要进行预热，温度升高会导致所述铜基体原材料和所述铝层原材料快速被氧化，从而在铜铝混合物层中，存在铜铝氧化物，降低铜铝复合基材的力学性能和电学性能，因此，在预热和整个加工过程中，发明人将所述铜基体原材料和所述铝层原材料处于防氧化保护气体内。具体的，所述防氧化保护气体为惰性气体或氮气。

本发明还提供所述的铜铝复合基材在制作电气接线端子中的应用。

本发明还提供一种电气接线端子，该电气接线端子含有本发明所述的铜铝复合基材。

以下是本发明具体的实施例。

实施例1

在本实施例中，使用激光焊的方式，提供一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与所述铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。该铜铝复合基材的激光束焊接加工方法包括：

预压紧步骤：把铜基体原材料和铝层原材料引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；

聚焦步骤：采用激光束聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置，激光束的光斑直径为0.4mm，激光的功率为1.4Kw，激光束扫射频度为75Hz；

形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个滚压轮挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层；所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为520℃。

在该实施例中，为了论证铜铝混合物层中铜铝化合物的总重量占比对铜铝复合基材性能的影响，使用相同厚度、材质的铜基体和铝层，制作了不同的铜铝混合物层中铜铝化合物的总重量占比的样件，并做了一系列力学和电学测试，并用同一批样件，进行48小时盐雾实验后，再做力学和电学测试对比，实验结果如表1所示。

表1不同铜铝混合物层中铜铝化合物的总重量占比对铜铝复合基材的剥离力和电压降的影响

从上表可以看出，当铜铝混合物层中的铜铝化合物的总重量占比从1％逐步增加时，由于铜铝化合物的脆性大，电阻率高，因此铝层从铜基体上剥离力会逐步减小，铜铝复合基材的电压降会逐步增大。经过大量实验发现，当铜铝混合物层中的铜铝化合物的总重量占比在43.5％时，铜铝复合基材初始的机械性能和电气性能都能满足要求，在经过48小时盐雾实验后，铜铝复合基材的机械性能和电气性能也达到了标准要求值，也就是铜铝混合物层中的铜铝化合物的总重量占比的一个临界值。当铝混合物层中的铜铝化合物的总重量占比增加时，铜铝复合基材机械性能和电气性能都达不到标准要求值，并且性能会越来越低，因此，发明人设定铜铝混合物层中的铜铝化合物的总重量占比不超过43.5％。

进一步的，在该实施例中，为了论证铜铝混合物层厚度对铜铝复合基材性能的影响，使用相同厚度、材质的铜基体和铝层制作了不同的铜铝混合物层厚度的样件，并做了一系列力学和电学测试，并用同一批样件，进行48小时盐雾实验后，再做力学和电学测试对比，实验结果如表2所示。

表2不同铜铝混合物层的厚度对铜铝复合基材的剥离力和电压降的影响

从上表2可以看出，当铜铝混合物层的厚度小于0.01μm时，铝层从铜基体上的剥离力和铜铝复合基材的电压降急剧下降，不能满足所述铜铝复合基材的力学性能和电学性能要求，并且，在盐雾实验后，力学性能和电学性能减低的更多。对铜铝复合基材制成的端子性能和寿命都有很大的影响，严重时造成端子失效甚至燃烧事故。

当铜铝混合物层的厚度大于0.01μm，小于0.1μm时，所述铜铝复合基材的力学性能和电学性能开始提升并超过标准要求值，但仍属于合格范围的边界。

当铜铝混合物层的厚度大于0.1μm，小于1000μm时，所述铜铝复合基材的力学性能和电学性能开始大幅度提升，能够满足铜铝复合基材的性能要求。

当铜铝混合物层的厚度为大于1000μm，小于2000μm时，所述铜铝复合基材的力学性能和电学性能下降到合格范围的边界。

当铜铝混合物层的厚度大于2000μm时，所述铜铝复合基材的力学性能和电学性能已下降到标准要求值以下，相对应的，为了获得厚度大于2000μm的铜铝混合物层，设备所施加的能量和时间大幅度增长。因此，发明人选择铜铝混合物层的厚度为0.01μm～2000μm。其中，铜铝混合物层最佳的厚度是0.1μm～1000μm。

实施例2

在本实施例中，使用激光焊的方式，提供一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。该铜铝复合基材的激光束焊接加工方法包括

预处理步骤：将所述铜基体原材料和/或所述铝层进行清洁，采用高频电磁波预热；

预压紧步骤：把铜基体原材料和铝层原材料引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；

聚焦步骤：采用激光束聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置，激光束的光斑直径为0.3mm，激光的功率为1.2kw，激光束扫射频度为80Hz；

形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个相对旋转的滚压轮挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层，所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为520℃。

在该实施例中，为了论证不同的铜基体原材料或铝层原材料的预热温度对铜铝复合基材性能的影响，使用相同厚度、材质的铜基体和铝层，相同的预热设备，在不同的预热温度下，制作了铜铝复合基材的样件，并对样件进行力学和电学性能的测试。实验结果如表3所示。

表3不同的铜基体原材料或铝层原材料的预热温度对铜铝复合基材的剥离力和电压降的影响

从上表可以看出，当预热温度达不到200℃时，铜铝原子的活跃能量少，无法达到原子加速扩散的目的，因此铝层从铜基体上的剥离力急剧下降，铜铝复合基材的电压降急剧上升，已经不满足铜铝复合基材的力学和电学性能。当预热温度在548℃时，铜铝复合基材的力学和电学性能到达临界点。当预热温度高于600℃时，铝层由于快接近熔点而软化，在压力作用下变形量加大，铜铝复合基材形状尺寸无法达到要求。达到660℃以上，所述铝层原材料已经融化，无法进行铜铝复合基材的制作。

因此，发明人选择铜基体原材料和/或所述铝层原材料的预热温度为200℃～548℃。

实施例3

在本实施例中，使用激光焊的方式，提供一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。该铜铝复合基材的激光束焊接加工方法包括：

预处理步骤：将所述铜基体原材料和/或所述铝层进行清洁，采用高频电磁波预热至450℃；

预压紧步骤：把铜基体原材料和铝层原材料引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；

聚焦步骤：采用激光束聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置；激光的功率为1.4Kw，激光束扫射频度为75Hz；

激光束焊接形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个滚压轮挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层；所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为510℃。

在该实施例中，为了论证不同的激光束的光斑直径对铜铝复合基材性能的影响，使用相同厚度、材质的铜基体和铝层，相同的预热设备及预热温度，相同的扫描频率，相同的光带宽度，在不同的激光束的光斑直径，制作了铜铝复合基材的样件，并对样件进行力学和电学性能的测试。实验结果如表4所示。

表4不同激光束的光斑直径对铜铝复合基材的剥离力和电压降的影响

从上表4可以看出，当激光束的光斑直径小于0.1mm时，由于激光束的光斑太小，不能有足够的能量，铝层从铜基体上的剥离力大幅度降低，铜铝复合基材的电压降大幅度升高，已不满足铜铝复合基材的力学和电学性能要求。同样，当激光束的光斑直径大于1mm时，由于激光能量较分散，铝层从铜基体上的剥离力大幅度降低，铜铝复合基材的电压降大幅度升高，同样不满足铜铝复合基材的力学和电学性能要求，因此，发明人设定所述激光束的光斑直径为0.1mm～1mm。

在该实施例中，进一步的，为了论证不同的激光束的扫射频率对铜铝复合基材性能的影响，使用相同厚度、材质的铜基体和铝层，相同的预热设备及预热温度，相同的光斑直径，相同的光带宽度，在不同的激光束的扫射频率，制作了铜铝复合基材的样件，并对样件进行力学和电学性能的测试。实验结果如表5所示。

表5不同激光束的扫射频率对铜铝复合基材的剥离力和电压降的影响

从上表5可以看出，当激光束的扫射频率小于50Hz时，由于激光束的扫射频率较低，需重复加热，浪费能量，铜铝混合物层形成大量脆性化合物，铝层从铜基体上的剥离力大幅度降低，铜铝复合基材的电压降大幅度升高，已不满足铜铝复合基材的力学和电学性能要求。同样，当激光束的扫射频率大于100Hz时，激光能量过小，铝层从铜基体上的剥离力大幅度降低，铜铝复合基材的电压降大幅度升高，同样不满足铜铝复合基材的力学和电学性能要求，因此，发明人设定所述激光束的扫射频率为50Hz～100Hz。

在该实施例中，进一步的为了论证不同的激光束的光带宽度对铜铝复合基材性能的影响，使用相同厚度、材质的铜基体和铝层，相同的预热设备及预热温度，相同的光斑直径，相同的光带宽度，在不同的激光束的光带宽度，制作了铜铝复合基材的样件，并对样件进行力学和电学性能的测试。实验结果如表6所示。

表6不同激光束的光带宽度对铜铝复合基材的剥离力和电压降的影响

从上表6可以看出，当激光束的光带宽度小于0.1mm时，由于激光束的光带宽度太小，不能有足够的能量，铝层从铜基体上的剥离力大幅度降低，铜铝复合基材的电压降大幅度升高，已不满足铜铝复合基材的力学和电学性能要求。同样，当激光束的光带宽度大于1mm时，由于热影响区较大，能量分散，铝层从铜基体上的剥离力大幅度降低，铜铝复合基材的电压降大幅度升高，同样不满足铜铝复合基材的力学和电学性能要求，因此，发明人设定所述激光束的光带宽度为0.1mm～1mm。

实施例4

在本实施例中，使用激光焊的方式，提供一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与所述铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。该铜铝复合基材的激光束焊接加工方法包括

预压紧步骤：把铜基体原材料和铝层原材料引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；

聚焦步骤：采用激光束聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置，激光束的光斑直径为0.4mm，激光的功率为1.4kw，激光束扫射频度为75Hz；

激光束焊接形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个滚压轮挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层。

在该实施例中，为了论证激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的不同加工温度对铜铝复合基材的剥离力和电压降的影响，使用相同厚度、材质的铜基体和铝层，相同的预热设备及预热温度、相同的激光束光斑及功率，在不同的的加工温度下，制作了铜铝复合基材的样件，并对样件进行力学和电学性能的测试。实验结果如表7所示。

表7激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的不同加工温度对铜铝复合基材的剥离力和电压降的影响

从上表7可以看出，当加工温度低于450℃，所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料还没有达到可焊接的温度，铜铝之间不会形成铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层，所述铜铝基材也无法达到要求的力学强度和电学性能。如果高于659.5℃，所述铝层原材料已经融化，无法进行铜铝复合基材的制作。因此，发明人设定所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为450℃～659.5℃。

对比实施例

为了将本发明所述的铜铝复合材料的性能与单纯使用铜材质的材料的性能作为比较，在该对比实施例中，使用相同厚度的单质铜材和铜铝复合基材，铜铝复合基材的加工参数分别设置为预热温度为300℃，采用带状激光束，光带宽度为0.4mm，所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为500℃。分别将在相同的端子冲压模具中制作成相同形状的端子，再与相同线径的铝电缆压接成铜铝连接接头，分别在压接后和48小时盐雾试验后，测试铜铝连接接头的电学性能和力学性能。结果如表8所示。

表8不同的材质连接接头对拉拔力和电压降的影响

从上表8中可知，对比使用单质铜材和使用铜铝复合基材制成的端子，在压接铝线缆后初始的拉拔力和电压降基本相同，但是在经过48小时盐雾腐蚀之后，使用单质铜材制作的铜铝连接接头，拉拔力急剧下降，电压降急剧升高，不能符合铜铝连接的使用要求。而使用铜铝复合基材制作的铜铝连接接头，拉拔力降低和电压降升高幅度只有使用单质铜材制作的铜铝连接接头的32％和22％，而且完全符合电气线缆接头的使用要求，因此，使用铜铝复合基材的铜铝连接接头耐腐蚀性能更好，寿命更长。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (19)

1.一种铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。

2.根据权利要求1所述的铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝混合物层中铜铝化合物的总重量占比不超过43.5％。

3.根据权利要求1所述的铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝混合物层的厚度为0.01μm～2000μm。

4.根据权利要求1所述的铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝混合物层的厚度为0.1μm～1000μm。

5.根据权利要求1所述的铜铝复合基材，其特征在于，采用激光束焊接方式形成所述的铜铝混合物层。

6.一种铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，包括

预压紧步骤：把铜基体原材料和铝层原材料引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；

聚焦步骤：采用激光束聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置；

形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个滚压轮挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层。

7.根据权利要求6所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，还包括在预压紧步骤前的预处理步骤：将所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料进行清洁。

8.根据权利要求6所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，还包括在预压紧步骤前的预热步骤。

9.根据权利要求8所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，所述预热采用超声波或高频电磁波或电阻或红外加热或等离子弧方式进行。

10.根据权利要求8所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的预热温度为200℃～548℃。

11.根据权利要求6-10任一项所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，所述激光束为高频扫射激光束或带状激光束。

12.根据权利要求6-10任一项所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为450℃～659.5℃。

13.根据权利要求6-10任一项所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，所述激光束焊接形成铜铝混合物层步骤中激光的功率为0.5kw～10kw。

14.根据权利要求6-10任一项所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，所述激光束的光斑直径为0.1mm～1mm。

15.根据权利要求6-10任一项所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，所述激光束扫射频度为50Hz～100Hz。

16.根据权利要求6-10任一项所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，所述激光束的光带宽度为0.1mm～1mm。

17.根据权利要求6-10任一项所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，整个加工过程中，在所述铜基体原材料和所述铝层原材料位于防氧化保护气体内。

18.一种如权利要求1-4任一项所述的铜铝复合基材在制作电气接线端子中的应用。

19.一种电气接线端子，其特征在于，含有如权利要求1-4任一项所述的铜铝复合基材。