CN111843166B - 一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法 - Google Patents

一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法 Download PDF

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Abstract

一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，在待焊接的铜薄板和铝薄板之间涂覆纳米银颗粒，形成厚度为25～50μm的中间层，纳米银颗粒表面包覆4nm厚的柠檬酸；在涂覆中间层之前，把铜薄板和铝薄板浸入浓度为4%～8%的稀盐酸溶液中清洗5～10分钟，用纯酒精清洗干净，晾干；对涂覆中间层的铜薄板和铝薄板进行超声波焊接，焊接时间为0.35～0.85s，焊接压力为35～55psi，焊接振幅为25～50μm；本发明采用纳米银颗粒作为中间层辅助超声波焊接铜薄板与铝薄板，通过消除接头焊接界面金属间化合物的生成，从而提高超声波焊接铜/铝接头的力学性能和导电性能，接头的最大T型撕裂力可达490N，接头电阻小于60μΩ。

Description

一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，更具体地说，涉及一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法。
背景技术
纯铜、纯铝具有优良的导电性能、易加工性能，可以作为导电带应用在新能源汽车领域，为了降低制造成本，通常采用纯铝薄材来替代部分纯铜导电带，因此不可避免的会有纯铜与纯铝的焊接接头。对于这种焊接接头，为了降低电阻，焊接接头焊合区面积较大，采用熔化焊的方法（如激光焊接、氩弧焊、等离子焊接）时，母材将会熔化，焊接界面将会产生金属间化合物（如Cu9Al4、CuAl2、CuAl），这些金属间化合物的电阻远远高于纯铜或纯铝的电阻，当大电流通过导电带的时候，接头处会产生大量的热，一方面造成能量的浪费，另一方面产生的热量也会致使温度的升高，高温度将会对其它电子元器件造成损害，因此，如何减少或消除铜/铝焊接接头界面金属间化合物生成量至关重要。
超声波焊接具有焊接能量输入小、焊接时间短等优点，同时通过调节焊头的尺寸可以增大焊合区的面积，因此，超声波焊接广泛应用在导电带的连接。然而，研究发现：为了提高超声焊接铜/铝接头的力学性能，需要采用大的焊接能量，此时超声焊接铜/铝接头界面将会有少量的金属间化合物生成，这将对超声焊接铜/铝接头的导电性能和力学性能产生不利的影响；因此亟需采用一种可消除超声焊接铜/铝接头焊接界面金属间化合物的生成的焊接方法。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，通过消除超声焊接铜/铝接头焊接界面金属间化合物的生成，从而提高超声波焊接铜/铝接头的力学性能和导电性能。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，在待焊接的铜薄板和铝薄板之间涂覆纳米银颗粒，形成中间层，所述中间层的厚度为25～50μm；对涂覆纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板进行超声波焊接，焊接时间为0.35～0.85s，焊接压力为35～55psi，焊接振幅为25～50μm。
进一步的，所述铜薄板的材质为T2铜，所述铝薄板的材质为1060铝。
进一步的，所述铜薄板厚度为0.1～2.5mm，所述铝薄板的厚度为0.1～2.5mm。
进一步的，所述纳米银颗粒的粒径为10～90nm，纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸。
进一步的，在涂覆纳米银颗粒中间层之前，把铜薄板和铝薄板浸入浓度为4～8%的稀盐酸溶液中清洗5～10分钟，然后用纯酒精清洗干净，晾干。
进一步的，所述铜薄板与铝薄板之间的连接方式为搭接，且所述铜薄板为上焊件，与焊头直接接触，所述铝薄板为下焊件，与砧板直接接触。
进一步的，所述纳米银颗粒通过印刷的方式涂覆到待焊接的铝薄板的表面。
本发明的有益效果是：
本发明采用超声波焊接添加有纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板，超声波焊接时，焊接界面的纳米银颗粒中间层可以增大焊接界面的摩擦力，进而提高焊接界面的温度，从而提高铜薄板和铝薄板的焊接性；在纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸可以防止纳米银氧化，阻止纳米银颗粒团聚，柠檬酸在较低温度时可以完全分解，对焊接界面不会产生不利的影响；硬度大的纳米银颗粒可以活化母材待焊接表面，焊接过程中融化态纳米银颗粒可以填充到焊接界面未焊合区，提高焊接界面的焊合率，纳米银颗粒的添加阻止了铜铝金属间化合物的生成，提高了焊接接头的力学性能和导电性能；
本发明采用纳米银颗粒作为中间层辅助超声波焊接铜薄板与铝薄板接头的最大T型撕裂力可以达到490N，接头电阻小于60μΩ。此方法解决了超声波焊接铜薄板与铝薄板接头力学性能低、电阻高的问题，能够满足超声波焊接铜薄板与铝薄板接头在新能源汽车领域的需求。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，取待焊接的铜薄板和铝薄板，其中，所述铜薄板为厚度为0.6mm的T2铜薄板，所述铝薄板的厚度为0.7mm的1060铝薄板，在涂覆纳米银颗粒中间层之前，把铜薄板和铝薄板浸入浓度为4%的稀盐酸溶液中清洗5分钟，然后用纯酒精清洗干净，晾干；
随后通过印刷的方式在待焊接的铝薄板的表面涂覆纳米银颗粒形成中间层，所述纳米银颗粒的粒径为20nm，纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸，所述中间层的厚度为35μm；
所述铜薄板为上焊件，与焊头直接接触，所述铝薄板为下焊件，与砧板直接接触，采用搭接的方法将铜薄板与铝薄板连接；然后对涂覆纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板进行超声波焊接，焊接时间为0.35s，焊接压力为40psi，焊接振幅为40μm。
本发明采用超声波焊接添加有纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板，焊接界面的纳米银颗粒中间层可以增大焊接界面的摩擦力，进而提高焊接界面的温度，从而提高铜薄板和铝薄板的焊接性；在纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸可以防止纳米银氧化，阻止纳米银颗粒团聚，柠檬酸在较低温度时可以完全分解，对焊接界面不会产生不利的影响，焊接过程中融化态纳米银颗粒可以填充到焊接界面未焊合区，提高焊接界面的焊合率，纳米银颗粒的添加阻止了铜铝金属间化合物的生成，提高了焊接接头的力学性能和导电性能；本发明实施例1中的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的性能参数：T型撕裂力为378.4N，其较没有纳米银颗粒中间层的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的T型撕裂力提高了25.6%；电阻为49μΩ，其较没有纳米银颗粒中间层的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的电阻降低7.8%。
实施例2
一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，取待焊接的铜薄板和铝薄板，其中，所述铜薄板为厚度为0.7mm的T2铜薄板，所述铝薄板的厚度为0.8mm的1060铝薄板，在涂覆纳米银颗粒中间层之前，把铜薄板和铝薄板浸入浓度为4.5%的稀盐酸溶液中清洗6分钟，然后用纯酒精清洗干净，晾干；
随后通过印刷的方式在待焊接的铝薄板的表面涂覆纳米银颗粒形成中间层，所述纳米银颗粒的粒径为25nm，纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸，所述中间层的厚度为25μm；
所述铜薄板为上焊件，与焊头直接接触，所述铝薄板为下焊件，与砧板直接接触，采用搭接的方法将铜薄板与铝薄板连接；然后对涂覆纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板进行超声波焊接，焊接时间为0.55s，焊接压力为50psi，焊接振幅为45μm。
本发明采用超声波焊接添加有纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板，焊接界面的纳米银颗粒中间层可以增大焊接界面的摩擦力，进而提高焊接界面的温度，从而提高铜薄板和铝薄板的焊接性；在纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸可以防止纳米银氧化，阻止纳米银颗粒团聚，柠檬酸在较低温度时可以完全分解，对焊接界面不会产生不利的影响，焊接过程中融化态纳米银颗粒可以填充到焊接界面未焊合区，提高焊接界面的焊合率，纳米银颗粒的添加阻止了铜铝金属间化合物的生成，提高了焊接接头的力学性能和导电性能；本发明实施例2中的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的性能参数：T型撕裂力为439.8N，其较没有纳米银颗粒中间层的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的T型撕裂力提高了34.6%；电阻为52μΩ，其较没有纳米银颗粒中间层的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的电阻降低8.9%。
实施例3
一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，取待焊接的铜薄板和铝薄板，其中，所述铜薄板为厚度为1.0mm的T2铜薄板，所述铝薄板的厚度为1.2mm的1060铝薄板，在涂覆纳米银颗粒中间层之前，把铜薄板和铝薄板浸入浓度为5%的稀盐酸溶液中清洗6分钟，然后用纯酒精清洗干净，晾干；
随后通过印刷的方式在待焊接的铝薄板的表面涂覆纳米银颗粒形成中间层，所述纳米银颗粒的粒径为15nm，纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸，所述中间层的厚度为30μm；
所述铜薄板为上焊件，与焊头直接接触，所述铝薄板为下焊件，与砧板直接接触，采用搭接的方法将铜薄板与铝薄板连接；然后对涂覆纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板进行超声波焊接，焊接时间为0.7s，焊接压力为50psi，焊接振幅为50μm。
本发明采用超声波焊接添加有纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板，焊接界面的纳米银颗粒中间层可以增大焊接界面的摩擦力，进而提高焊接界面的温度，从而提高铜薄板和铝薄板的焊接性；在纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸可以防止纳米银氧化，阻止纳米银颗粒团聚，柠檬酸在较低温度时可以完全分解，对焊接界面不会产生不利的影响，焊接过程中融化态纳米银颗粒可以填充到焊接界面未焊合区，提高焊接界面的焊合率，纳米银颗粒的添加阻止了铜铝金属间化合物的生成，提高了焊接接头的力学性能和导电性能；本发明实施例3中的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的性能参数：T型撕裂力为466.8N，其较没有纳米银颗粒中间层的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的T型撕裂力提高了32.1%；电阻为54μΩ，其较没有纳米银颗粒中间层的超声波焊接铜薄板和铝薄板接头的电阻降低9.4%。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，其特征在于，
在待焊接的铜薄板和铝薄板之间涂覆纳米银颗粒，形成中间层，所述中间层的厚度为25～50μm，所述纳米银颗粒的粒径为10～90nm，纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸；
对涂覆纳米银颗粒中间层的铜薄板和铝薄板进行超声波焊接，焊接时间为0.35～0.85s，焊接压力为35～55psi，焊接振幅为25～50μm，超声波焊接过程中，在纳米银颗粒表面包覆一层厚度为4nm的柠檬酸可以防止纳米银氧化，阻止纳米银颗粒团聚，柠檬酸在较低温度时可以完全分解, 硬度大的纳米银颗粒可活化母材待焊接表面，焊接过程中融化态纳米银颗粒可以填充到焊接界面未焊合区，提高焊接界面的焊合率，纳米银颗粒的添加阻止了铜铝金属间化合物的生成。
2.根据权利要求1所述的一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，其特征在于，所述铜薄板的材质为T2铜，所述铝薄板的材质为1060铝。
3.根据权利要求1所述的一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，其特征在于，所述铜薄板厚度为0.1～2.5mm，所述铝薄板的厚度为0.1～2.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，其特征在于，在涂覆纳米银颗粒中间层之前，把铜薄板和铝薄板浸入浓度为4～8%的稀盐酸溶液中清洗5～10分钟，然后用纯酒精清洗干净，晾干。
5.根据权利要求1所述的一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，其特征在于，所述铜薄板与铝薄板之间的连接方式为搭接，且所述铜薄板为上焊件，与焊头直接接触，所述铝薄板为下焊件，与砧板直接接触。
6.根据权利要求5所述的一种超声波焊接铜薄板和铝薄板的方法，其特征在于，所述纳米银颗粒通过印刷的方式涂覆到待焊接的铝薄板的表面。
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