CN111424274A - 一种铜铝复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铜铝复合材料及其制备方法，包括Cu金属板材和Al金属板材，两者通过冷轧制复合成一体，在冷轧复合之前，在金属板材的表面均匀喷涂Cu纳米溶胶粒子，原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu和/或Al金属表面构筑出三维粗糙结构，形成铜铝复合材料。方法包括通过溶胶凝胶法合成Cu纳米溶胶粒子；将Cu纳米溶胶粒子均匀喷涂至Cu和/或Al金属板材表面，经原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu和/或Al金属表面构筑出三维粗糙结构，得到表面原位活化刻蚀的Cu和/或Al金属板材；再将经表面原位活化刻蚀后的Cu和Al金属板材，通过冷轧制复合固态连接得到铜铝复合材料。本发明工艺简易、生产效率高、制造成本低。

Description

一种铜铝复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体地，涉及一种Cu纳米溶胶粒子刻蚀辅助固态连接铜铝复合材料及制备方法。
背景技术
新能源动力汽车的电池组系统作为汽车的主要核心部件，其性能的优劣直接关系到动力汽车的电连接数据/信号传输等综合性能；铜铝(Cu/Al)复合材料因其兼具铜的高导电导热、铝的质轻价廉等优点在动力汽车领域作为电池电极连接件得到长足的发展。在制造工艺上，国内动力汽车电池电极连接件主要采用摩擦焊、钎焊、浇铸成型等常规连接技术制备电极连接用铜铝(Cu/Al)复合连接件，以获得可靠性高、一致性好、连接性能优异、数据/信号传输等性能优异的工业产品。但是上述连接技术在铜铝(Cu/Al)复合连接件的制备工艺、连接性能及制造成本等方面均存在一定的缺陷，如采用摩擦焊(FW)技术生产的铜铝复合连接件主要受制于摩擦焊的特殊加工条件以及无法精准调控的铜铝复合柱圆柱度，导致后续组装加工困难，制造成本增加，无法满足未来产业化的发展需求。采用钎焊(Brazing)技术制备的铜铝复合连接件由于第三组元钎料的引入容易发生虚焊、溢焊等不良现象，造成连接件内阻升高且稳定性差，导致连接件局部区域温升过高引起安全事故；而在采用铝液浇铸成型(Casting Forming)制备铜铝复合连接件的复合过程中，较高的浇铸温度(＞650℃)有利于铜铝两相形成良好的界面结合强度，但在后续热处理工艺调控过程中容易在界面处形成铜铝中间化合物Cu/Al、Cu4Al3和Au3Al2等硬脆相，严重削弱了铜铝复合连接件的结合强度；此外，高于铝熔点的浇注温度、无氧环境以及特殊表面处理方式等加工工艺一方面导致连接件的制备能耗较大、工艺条件苛刻，另一方面容易在铜极柱和连接板之间出现直线度偏离、界面内阻高等缺陷问题。
因此，传统铜铝(Cu/Al)复合材料存在的界面结合强度弱、界面内阻高、力学性能差等性能缺陷，目前，市场需要提出一种可克服上述缺陷的复合材料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铜铝复合材料及其制备方法。
根据本发明第一个方面，提供一种铜铝复合材料，包括：Cu金属板材和Al金属板材，所述Cu金属板材和所述Al金属板材通过冷轧制复合成一体，其中，在冷轧复合之前，在所述Cu金属板材和/或所述Al金属板材的表面均匀喷涂Cu纳米溶胶粒子，原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu金属和/或Al金属表面构筑出三维粗糙结构，形成所述Cu纳米溶胶粒子刻蚀辅助固态连接铜铝复合材料。
根据本发明第二个方面，提供一种铜铝复合材料的制备方法，所述方法包括：
通过溶胶凝胶法合成尺寸均一、形貌可控的Cu纳米溶胶粒子；
将所述Cu纳米溶胶粒子均匀喷涂至Cu金属板材和/或Al金属板材表面，经原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu金属和/或Al金属表面构筑出三维粗糙结构，得到表面原位活化刻蚀的所述Cu金属板材和/或Al金属板材；
再将经表面原位活化刻蚀后的所述Cu金属板材和/或Al金属板材，通过冷轧制复合固态连接得到铜铝复合材料。
优选地，所述通过溶胶凝胶法合成尺寸均一、形貌可控的所述Cu纳米溶胶粒子，包括：
称取铜盐作为原料，配制成铜离子水溶液；
向配制的所述铜离子水溶液中加入表面活性剂，待所述表面活性剂在所述铜离子水溶液中溶解均匀之后，再向所述铜离子水溶液中加入多元醇发生溶胶反应；
待反应结束后将得到的产物经离心洗涤后，获得粒度尺寸均匀的所述Cu纳米溶胶粒子。
优选地，所述铜盐为硝酸铜、醋酸铜或氯化铜中的任一种。
优选地，所述表面活性剂，加入量为占原料总摩尔量0.003％-0.01％mol。可选地，铜离子水溶液的摩尔浓度为0.01mol/L。
优选地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸或聚乙二醇中的任一种。
优选地，所述多元醇为乙二醇、丙三醇或丁二醇中的任一种。
优选地，所述溶胶反应，其中：反应温度为70-150℃，持续反应时间为1-5h。
优选地，所述的将得到Cu纳米溶胶粒子均匀喷涂至Cu金属板材和/或Al金属板材表面的步骤，是指：将Cu纳米溶胶粒子通过冷喷涂技术均匀喷涂至所述Cu金属板材和/或Al金属板材表面。
优选地，所述冷喷涂技术采用的喷涂工艺参数为：喷涂气压1.5-5.5MPa、喷涂气体温度25-80℃、喷涂间距10-30mm、基板相对移动速度2-10cm/s。
优选地，所述的通过冷轧制复合固态连接得到铜铝复合材料，其中采用的工艺参数为：轧制力10-30cN、轧制速率0.01-0.3m/s、退火温度200-450℃。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
本发明创造性地提出将纳米刻蚀辅助冷轧制复合(NECRC)固态连接新技术用于铜铝复合材料的制备，制备的铜铝复合材料可以应用于新能源动力汽车电极连接件。
本发明将纳米Cu溶胶粒子均匀喷涂至Cu金属板材或Al金属板材表面，实现了纳米级刻蚀，在Cu金属和/或Al金属表面构筑三维粗糙界面，促进Cu与Al金属表面实现互锁，在更低的应力作用下通过界面丰富的活性位点发生原子扩散迁移形成Cu/Al界面与侧面双重的高强度冶金结合，避免中间相生成的同时降低复合材料的界面内阻；有效提升铜铝复合材料的界面结合强度及力学性能。有效降低传统冷轧工艺中轧制力与热处理退火温度，缩短生产周期与能耗成本。从而改善了传统铜铝(Cu/Al)复合材料存在的界面结合强度弱、界面内阻高和力学性能差等缺陷。
本发明的制备方法中，引入溶胶技术与表面纳米刻蚀技术，可控制备了尺寸均一、形貌可控的Cu纳米溶胶粒子，利用Cu纳米溶胶粒子喷涂至Cu或Al金属板材表面，原位刻蚀构筑三维粗糙结构。进一步，采用冷轧制复合技术调控冷轧制形变量、轧制速率、低温退火等工艺因素，实现Cu/Al界面的高效固态复合连接；从而制备出界面结合强度高、界面内阻低、力学性能优异的铜铝(Cu/Al)复合材料及其精密连接件产品，实现其在新能源动力汽车等领域的广泛应用。
本发明制备方法具有工艺简易化、生产效率高、产能大等优势特征，替代传统FW等常规技术实现工艺技术的换代升级。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种铜铝复合材料，包括Cu金属板材和Al金属板材，Cu金属板材和Al金属板材通过冷轧制复合成一体，其中，在冷轧复合之前，在Cu金属板材和Al金属板材的表面均匀喷涂Cu纳米溶胶粒子，原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu和/或Al金属表面构筑出三维粗糙结构。形成Cu纳米溶胶粒子刻蚀辅助固态连接铜铝复合材料。
上述实施例中，引入溶胶技术与表面纳米刻蚀技术，可控制备了尺寸均一、形貌可控的Cu纳米溶胶粒子，利用Cu纳米溶胶粒子喷涂至Cu和/或Al金属表面，原位刻蚀构筑三维粗糙结构。通过纳米小尺寸效应于Cu和/或Al金属表面发生原子扩散迁移，达到Cu/Al界面及侧面双重的高强度界面结合，有效提升Cu/Al复合材料的界面结合强度及力学性能。有效降低传统冷轧工艺中轧制力与热处理退火温度，缩短生产周期与能耗成本。
上述实施例中的铜铝复合材料可以采用以下方法制备，方法包括以下步骤：
1)、通过溶胶凝胶法合成尺寸均一、形貌可控的Cu纳米溶胶粒子。
称取一定量的Cu(NO3)2·3H2O，配制成0.01mol/L，500mL的铜离子(Cu2+)水溶液，加入占原料总摩尔量0.003％mol的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠；待十二烷基苯磺酸钠在铜离子水溶液溶解均匀之后，再向铜离子水溶液中加入250mL的还原剂乙二醇发生溶胶反应；控制溶胶反应温度为70℃，持续反应5h，待反应结束将反应得到的产物经过离心洗涤后，最后获得粒度尺寸均匀的Cu纳米溶胶粒子。在具体实施的过程中，调控溶胶反应温度可以控制在70-150℃范围、持续反应时间为1-5h。
2)、将Cu纳米溶胶粒子采用冷喷涂技术均匀喷涂至Cu金属板材和Al金属板材表面，经原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu金属和Al金属表面构筑出三维粗糙结构，得到表面原位活化刻蚀的Cu金属板材和Al金属板材。调整喷涂工艺参数：喷涂气压1.5MPa、喷涂气体温度25℃、喷涂间距10mm、基板相对移动速度2cm/s。在具体实施的过程中，喷涂工艺参数可以在以下范围内调控，喷涂气压1.5-5.5MPa、喷涂气体温度25-80℃、喷涂间距10-30mm、基板相对移动速度2-10cm/s。
3)、再将经表面原位活化刻蚀后的Cu金属板材和Al金属板材，通过冷轧制复合固态连接得到铜铝复合材料。具体冷轧制工艺参数如下：轧制力10cN、轧制速率0.01m/s、退火温度200℃；在具体实施的过程中，冷轧制工艺的轧制力大小、轧制速率、退火温度等工艺参数可以在以下参数范围内调控，轧制力10-30cN、轧制速率0.01-0.3m/s、退火温度200-450℃。
并对所制备铜铝复合材料的界面结合强度、界面内阻、力学性能进行了测试表征，经测试得到结合强度为45MPa，电阻率为2.01μΩcm，抗拉强度为265MPa，断后延伸率为25％。
实施例2
本实施例提供一种铜铝复合材料，Cu金属板材和Al金属板材，Cu金属板材和Al金属板材通过冷轧制复合成一体，其中，在冷轧复合之前，在Cu金属板材的表面均匀喷涂Cu纳米溶胶粒子，原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu金属表面构筑出三维粗糙结构，形成Cu纳米溶胶粒子刻蚀辅助固态连接铜铝复合材料。促进Cu金属表面实现互锁，在更低的应力作用下通过界面丰富的活性位点发生原子扩散迁移形成Cu/Al界面与侧面双重的高强度冶金结合，避免中间相生成的同时降低复合材料的界面内阻；有效提升铜铝复合材料的界面结合强度及力学性能。
上述实施例中的一种铜铝复合材料可以采用以下方法制备，方法包括以下步骤：
1)、通过溶胶凝胶法合成尺寸均一、形貌可控的Cu纳米溶胶粒子。
称取一定量的醋酸铜，配制成0.01mol/L，250mL的铜离子(Cu2+)水溶液，向铜离子水溶液中加入占原料总摩尔量0.01％mol的表面活性剂硬脂酸；待硬脂酸在铜离子水溶液中溶解均匀之后，再向铜离子水溶液加入125mL的丙三醇进行溶胶反应；控制溶胶反应温度为150℃，持续反应时间为5h，待反应结束后将得到的产物经离心洗涤，最后获得粒度均匀的Cu纳米溶胶粒子。在具体实施的过程中，溶胶反应温度可以在70-150℃的范围内调控、持续反应时间可以在1-5h的范围调控。
2)、将Cu纳米溶胶粒子采用冷喷涂技术均匀喷涂至Cu金属板材表面，经原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu金属表面构筑出三维粗糙结构，得到表面原位活化刻蚀的Cu金属板材。
调整冷喷涂技术采用的喷涂工艺参数：喷涂气压5.5MPa、喷涂气体温度80℃、喷涂间距30mm、基板相对移动速度10cm/s。在具体实施的过程中，喷涂工艺参数可以在以下范围内调控，喷涂气压1.5-5.5MPa、喷涂气体温度25-80℃、喷涂间距10-30mm、基板相对移动速度2-10cm/s。
3)、再将经表面原位活化刻蚀后的Cu金属板材与Al金属板材，通过冷轧制复合固态连接得到铜铝复合材料。
冷轧制工艺参数如下：轧制力30cN、轧制速率0.3m/s、退火温度450℃。冷轧制工艺采用以上参数，可提高铜铝复合材料的力学性能。在具体实施的过程中，冷轧制工艺的轧制力大小、轧制速率、退火温度等工艺参数可以在以下参数范围内调控，轧制力10-30cN、轧制速率0.01-0.3m/s、退火温度200-450℃。
并对所制备铜铝复合材料的界面结合强度、界面内阻、力学性能进行了测试表征，经测试得到结合强度为56MPa，电阻率为1.98μΩcm，抗拉强度为265MPa，断后延伸率为28％。
实施例3
本实施例提供一种铜铝复合材料，包括：Cu金属板材和Al金属板材，Cu金属板材和Al金属板材通过冷轧制复合成一体，其中，在冷轧复合之前，在Al金属板材的表面均匀喷涂Cu纳米溶胶粒子，原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Al金属表面构筑出三维粗糙结构，形成Cu纳米溶胶粒子刻蚀辅助固态连接铜铝复合材料。促进Cu与Al金属表面实现互锁，在更低的应力作用下通过界面丰富的活性位点发生原子扩散迁移形成Cu/Al界面与侧面双重的高强度冶金结合，避免中间相生成的同时降低复合材料的界面内阻；有效提升铜铝复合材料的界面结合强度及力学性能。
上述实施例中的铜铝复合材料可以采用以下方法制备，方法包括以下步骤：
1)、通过溶胶凝胶法合成尺寸均一、形貌可控的Cu纳米溶胶粒子。
称取氯化铜，配制成0.01mol/L，1000mL的铜离子(Cu2+)水溶液，向所配置的铜离子水溶液中加入占原料总摩尔量0.005％mol的表面活性剂聚乙二醇(PEG6000)；将聚乙二醇(PEG6000)在铜离子水溶液溶解均匀后，再向铜离子水溶液中加入500mL的丁二醇发生溶胶反应；调控溶胶反应温度为90℃，持续反应时间3h，待反应结束后将反应得到的产物经过离心洗涤，最后获得粒度尺寸均匀的Cu纳米溶胶粒子。在具体实施的过程中，溶胶反应温度可以在70-150℃的范围内调控、持续反应时间可以在1-5h的范围内调控。
2)、将Cu纳米溶胶粒子采用冷喷涂技术均匀喷涂至Al金属板材表面，经原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Al金属表面构筑出三维粗糙结构，得到表面原位活化刻蚀的Al金属板材。
调整喷涂工艺参数为：喷涂气压3.5MPa、喷涂气体温度50℃、喷涂间距20mm、基板相对移动速度6cm/s。在具体实施的过程中，喷涂工艺参数可以在以下范围内调控，喷涂气压1.5-5.5MPa、喷涂气体温度25-80℃、喷涂间距10-30mm、基板相对移动速度2-10cm/s。
3)、再将Cu金属板材与经表面原位活化刻蚀后的Al金属板材，通过冷轧制复合固态连接得到铜铝复合材料。
冷轧制工艺参数如下：轧制力20cN、轧制速率0.2m/s、退火温度350℃；在具体实施的过程中，冷轧制工艺的轧制力大小、轧制速率、退火温度等工艺参数可以在以下参数范围内调控，轧制力10-30cN、轧制速率0.01-0.3m/s、退火温度200-450℃。并对所制备铜铝复合材料的界面结合强度、界面内阻、力学性能进行了测试表征，经测试得到结合强度为42MPa，电阻率为2.04μΩcm，抗拉强度为234MPa，断后延伸率为23％。
表1NECRC固态连接技术制备铜铝复合材料的性能测试
Figure BDA0002438110920000071
由表1可知，在实施例2的工艺条件下可制备出综合性能优异的铜铝复合材料，其结合强度为56MPa、电阻率低至1.98μΩcm、抗拉强度为265MPa、断后延伸率为28％。
因此，通过纳米溶胶引入、表面纳米活化刻蚀、冷轧制复合固态连接技术等技术集成创新，本发明采用纳米刻蚀辅助冷轧制复合(NECRC)固态连接技术成功制备出界面结合强度高、界面内阻低等综合性能优异的用铜铝(Cu/Al)复合材料及其精密连接件产品，并应用于动力汽车电池电极。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种铜铝复合材料，其特征在于：包括：Cu金属板材和Al金属板材，所述Cu金属板材和所述Al金属板材通过冷轧制复合成一体，其中，在冷轧复合之前，在所述Cu金属板材和/或所述Al金属板材的表面均匀喷涂Cu纳米溶胶粒子，原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu金属和/或Al金属表面构筑出三维粗糙结构，形成所述Cu纳米溶胶粒子刻蚀辅助固态连接铜铝复合材料。
2.一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括：
通过溶胶凝胶法合成尺寸均一、形貌可控的Cu纳米溶胶粒子；
将所述Cu纳米溶胶粒子均匀喷涂至Cu金属板材和/或Al金属板材表面，经原位刻蚀形成丰富的活性位点，在Cu金属和/或Al金属表面构筑出三维粗糙结构，得到表面原位活化刻蚀的所述Cu金属板材和/或Al金属板材；
再将经表面原位活化刻蚀后的所述Cu金属板材和/或Al金属板材，通过冷轧制复合固态连接得到铜铝复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述通过溶胶凝胶法合成尺寸均一、形貌可控的所述Cu纳米溶胶粒子，包括：
称取铜盐作为原料，配制成铜离子水溶液；
向配制的所述铜离子水溶液中加入表面活性剂，待所述表面活性剂在所述铜离子水溶液中溶解均匀之后，再向所述铜离子水溶液中加入多元醇发生溶胶反应；
待反应结束后将得到的产物经离心洗涤后，获得粒度尺寸均匀的所述Cu纳米溶胶粒子。
4.根据权利要求3所述的一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述铜盐为硝酸铜、醋酸铜或氯化铜中的任一种。
5.根据权利要求3所述的一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂，加入量占原料总摩尔量0.003％-0.01％mol。
6.根据权利要求5所述的一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸或聚乙二醇中的任一种，和/或，所述多元醇为乙二醇、丙三醇或丁二醇中的任一种。
7.根据权利要求3所述的一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述溶胶反应，其中：反应温度为70-150℃，持续反应时间为1-5h。
8.根据权利要求3所述的一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述将得到Cu纳米溶胶粒子均匀喷涂至Cu金属板材和/或Al金属板材表面，是指：
将所述Cu纳米溶胶粒子通过冷喷涂技术均匀喷涂至所述Cu金属板材和/或Al金属板材表面。
9.根据权利要求8所述的一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述冷喷涂技术采用的喷涂工艺参数为：喷涂气压1.5-5.5MPa，喷涂气体温度25-80℃，喷涂间距10-30mm，基板相对移动速度2-10cm/s。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的一种铜铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述通过冷轧制复合固态连接得到铜铝复合材料，其中采用的工艺参数为：轧制力10-30cN，轧制速率0.01-0.3m/s，退火温度200-450℃。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102978348A (zh) * 2012-12-06 2013-03-20 东北大学 一种提高铜/铝冷轧复合超薄带材界面结合强度的方法
CN108515085A (zh) * 2018-03-30 2018-09-11 湖南科罗德新材料有限公司 铜铝复合板带的制备方法
CN109174995A (zh) * 2018-08-13 2019-01-11 武汉科技大学 一种铜-纳米碳化硅-铝三明治结构复合材料及其制备方法
TWI648099B (zh) * 2017-06-19 2019-01-21 健鼎科技股份有限公司 金屬奈米粒子膠體溶液的製法
CN110681694A (zh) * 2019-10-09 2020-01-14 北京科技大学 一种高界面结合强度铜/铝复合材料的成形方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102978348A (zh) * 2012-12-06 2013-03-20 东北大学 一种提高铜/铝冷轧复合超薄带材界面结合强度的方法
TWI648099B (zh) * 2017-06-19 2019-01-21 健鼎科技股份有限公司 金屬奈米粒子膠體溶液的製法
CN108515085A (zh) * 2018-03-30 2018-09-11 湖南科罗德新材料有限公司 铜铝复合板带的制备方法
CN109174995A (zh) * 2018-08-13 2019-01-11 武汉科技大学 一种铜-纳米碳化硅-铝三明治结构复合材料及其制备方法
CN110681694A (zh) * 2019-10-09 2020-01-14 北京科技大学 一种高界面结合强度铜/铝复合材料的成形方法

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