CN112582853B - 一种高导电强铜排软连接及其制备工艺 - Google Patents

一种高导电强铜排软连接及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于电气技术领域，涉及一种软连接，具体涉及一种高导电强铜排软连接及其制备工艺。其技术要点如下：由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.12~0.15mm；所述铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，保护层包括如下组分：Cu2O 45~50%，碱金属氧化物1~2%，余量为SiO2。本发明提供的高导电强铜排软连接及其制备工艺通过在铜丝上负载保护层，提高铜丝的抗氧化性和韧性，同时使软连接具有高耐温性和高导电性的优点，具有产业价值。

Description

一种高导电强铜排软连接及其制备工艺
技术领域
本发明属于电气技术领域，涉及一种软连接，具体涉及一种高导电强铜排软连接及其制备工艺。
背景技术
软连接，适用于各种高压电器、真空电器、矿用防爆开关、汽车、机车等相关产品做软连接用，采用裸铜线或镀锡铜编织线(绞线)，用冷压方法制成。在软连接的制作过程中，先将铜丝经过单绞、复绞成复合线，然后再编织成编织线，再经过焊接、剪切、表面脱水及烘干、冲压整形即成。目前的软连接在加工过程中由于技术限制使其合格率一直不高，一般为60～80％；例如，在焊接时，直接使用自来水对焊接件进行冷却，虽然成本低，但是易使得焊接件发生氧化，并且冷却效率有限，这易导致焊缝变形甚至开裂，造成产品质量降低甚至报废。
有鉴于上述现有的软连接焊接工艺中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年，有着丰富的实务经验及专业知识，熟练和充分地运用化学机理，在实践中不断研究和创新，创设了一种高导电强铜排软连接及其制备工艺，使软连接具有优秀的抗氧化能力和高导电性的优点，具有产业价值。通过不断研究、设计，并经过反复试验和改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种高导电强铜排软连接，通过在铜丝上负载保护层，提高铜丝的抗氧化性和韧性，同时使软连接具有高耐温性和高导电性的优点，具有产业价值。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种高导电强铜排软连接，由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.12～0.15mm；铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，保护层包括如下组分：Cu2O 45～50％，碱金属氧化物1～2％，余量为SiO2。上述保护层具有抗氧化、耐腐蚀的特点，并且具有与铜丝接近的热膨胀系数，有效提高软连接的导电率。
进一步的，碱金属氧化物是CaO、Na2O或K2O中的任意一种或几种的混合物。碱金属氧化物在后续的焊接工序中能够起到活化剂的作用，提高焊接点的焊接效率。
进一步的，保护层的制备方法如下：
S1.将铜丝在空气中灼烧3～5min，灼烧温度是200～250℃，在铜丝表面形成一层氧化铜层；
S2.将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶混合搅拌均匀待用；
S3.将氨水与硝酸铜溶液混合均匀配制为铜氨络合溶液，喷洒在灼烧过的铜丝上；
S4.在温度为50℃～70℃下，将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶溶液涂覆在步骤S3得到的铜丝上进行共沉淀，沉淀终点pH值为6～10，温度60℃～80℃下陈化10min～30min；
S5.将步骤S4获得的铜丝放在烘箱中，200～250℃晶化5～8h，得到所述保护层。
上述制备方法能够在铜丝表面形成长程有序的介孔晶粒，一方面提高了保护层与铜丝之间的连接强度；另一方面提高铜丝的散热系数。
进一步的，铜氨络合溶液是取200ml 10M的氨水加入到1000ml 0.5M的硝酸铜溶液中，再加入5ml 0.5M硝酸钠配制而成的澄清铜氨络合溶液。铜氨络合物能够使保护层与铜丝之间产生络合作用，使保护层与铜丝之间的连接力更强。
进一步的，步骤S2中碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶的混合溶液中还加入了强酸，强酸的加入量是硅溶胶质量的0.5％。强酸酸化后的硅溶胶具有更大的活性，且能够去掉硅溶胶中的微孔，从而提高Cu2O与硅溶胶之间的连接力，从而提高保护层的抗氧化能力。
本发明的第二个目的是提供一种高导电强铜排软连接的制备工艺，通过在焊接过程中加入性能的优良的助焊剂，提高焊接点的焊接率，以及焊接点的耐热性能。
本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：
本发明提供的一种高导电强铜排软连接的制备工艺包括如下操作步骤：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A 3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
作为上述技术方案的优选，按照重量份数计算，助焊剂包括如下组分：有机硅改性松香80～100份，4,10-双硼酸嚬哪醇酯-6,12-二辛氧基蒽嵌蒽15～25份，表面活性剂10～15份，乙醇150～180份和缓蚀剂5～10份。有机硅改性松香能够有效增大焊接面积，提高焊接的润湿性，同时能够使焊接件的焊接温度呈梯度式上升，不至于升温过快导致过焊的发生；4,10-双硼酸嚬哪醇酯-6,12-二辛氧基蒽嵌蒽是小分子材料，任意一层分子的纵轴都呈类鱼骨形堆积，在焊接时，分子在外力作用下，分子的构象由原本的扭曲变得更加平面化，同时增大了分子内共轭程度，从而提高焊接的浸润性，提高焊接效率的同时，增大焊接点的导电率。
作为上述技术方案的优选，表面活性剂是十二烷基二甲基甜菜碱、十六烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱中的任意一种或几种的混合物。上述三种表面活性剂均为两亲性表面活性剂，并且能够游离出小分子有机胺，这些小分子有机胺有效提高焊接的润湿性，同时在焊接时，使IMC界面生长更加缓和，提高了键合强度，提高焊接点的导电率。
作为上述技术方案的优选，缓蚀剂是苯并噻喃-3-酮、二氢苯并噻喃或2-羟基-4H-1-苯并噻喃-4-酮中的任意一种。噻喃是一种具有活性位点的含硫杂环化合物，在形成杂环时，硫元素在形成化学键时，最外层电子上带有未成键的独对电子，能够与Cu的d电子空轨道结合形成“配位键”，发生化学吸附，同时苯环上的π电子也具有独对电子，同样能够发生化学吸附，使缓蚀剂化学吸附在金属表面，起到缓蚀的作用。
作为上述技术方案的优选，按照重量份数计算，淬火液包括如下组分：去离子水100～180份，异丙醇20～30份，羧甲基壳聚糖20～30份。采用上述淬火液对焊接工艺进行淬火，能够使温度缓慢呈梯度式下降，在保证铜丝外部由奥氏体转变为马氏体的同时，保留了铜丝内部的部分奥氏体，在保证软连接的强度的同时，也保证了软连接的韧性，同时提高了软连接的耐热性能。
作为上述技术方案的优选，在步骤A2的焊接工序中，焊接电流控制在250A～270A，焊接电压控制在28V～30V。
作为上述技术方案的优选，在步骤A2的焊接工序中，焊接温度为150～195℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种高导电强铜排软连接及其制备工艺，通过在铜丝上负载含有微量元素的镀锡层，提高铜丝的抗氧化性和韧性，同时使软连接具有高耐温性和高导电性的优点，并通过在焊接过程中加入性能的优良的助焊剂，提高焊接点的焊接率，以及焊接点的耐热性能。
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，对依据本发明提出的一种高导电强铜排软连接及其制备工艺，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：一种高导电强铜排软连接，由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.12～0.15mm；铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，所述保护层包括如下组分：Cu2O 45～50％，碱金属氧化物1～2％，余量为SiO2。
其制备工艺如下：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A 3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
实施例2：一种高导电强铜排软连接，由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.12mm；铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，所述保护层包括如下组分：Cu2O 50％，CaO 2％，SiO2 48％。
其制备工艺如下：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
其中，保护层的制备方法如下：
S1.将铜丝在空气中灼烧3～5min，灼烧温度是200～250℃，在铜丝表面形成一层氧化铜层；
S2.将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶混合搅拌均匀待用；
S3.将氨水与硝酸铜溶液混合均匀配制为铜氨络合溶液，喷洒在灼烧过的铜丝上，铜氨络合溶液是取200ml 10M的氨水加入到1000ml 0.5M的硝酸铜溶液中，再加入5ml 0.5M硝酸钠配制而成的澄清铜氨络合溶液；
S4.在温度为50℃～70℃下，将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶溶液涂覆在步骤S3得到的铜丝上进行共沉淀，沉淀终点pH值为8，温度60℃～80℃下陈化20min；
S5.将步骤S4获得的铜丝放在烘箱中，200～250℃晶化5～8h，得到保护层。
实施例3：一种高导电强铜排软连接，由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.15mm；铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，所述保护层包括如下组分：Cu2O 47％，Na2O 1％，SiO2 52％。
其制备工艺如下：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A 3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
其中，保护层的制备方法如下：
S1.将铜丝在空气中灼烧3min，灼烧温度是225℃，在铜丝表面形成一层氧化铜层；
S2.将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶混合搅拌均匀，加入0.5M强酸待用；
S3.将氨水与硝酸铜溶液混合均匀配制为铜氨络合溶液，喷洒在灼烧过的铜丝上，铜氨络合溶液是取200ml 10M的氨水加入到1000ml 0.5M的硝酸铜溶液中，再加入5ml 0.5M硝酸钠配制而成的澄清铜氨络合溶液；
S4.在温度为60℃下，将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶溶液涂覆在步骤S3得到的铜丝上进行共沉淀，沉淀终点pH值为10，温度60℃～80℃下陈化30min；
S5.将步骤S4获得的铜丝放在烘箱中，200～250℃晶化6h，得到保护层。
实施例4：一种高导电强铜排软连接，由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.12～0.15mm；铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，所述保护层包括如下组分：Cu2O 45％，碱金属氧化物1.5％，SiO2 53.5％。
其制备工艺如下：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
其中，保护层的制备方法如下：
S1.将铜丝在空气中灼烧3min，灼烧温度是225℃，在铜丝表面形成一层氧化铜层；
S2.将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶混合搅拌均匀，加入0.5M强酸待用；
S3.将氨水与硝酸铜溶液混合均匀配制为铜氨络合溶液，喷洒在灼烧过的铜丝上，铜氨络合溶液是取200ml 10M的氨水加入到1000ml 0.5M的硝酸铜溶液中，再加入5ml 0.5M硝酸钠配制而成的澄清铜氨络合溶液；
S4.在温度为60℃下，将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶溶液涂覆在步骤S3得到的铜丝上进行共沉淀，沉淀终点pH值为10，温度60℃～80℃下陈化30min；
S5.将步骤S4获得的铜丝放在烘箱中，200～250℃晶化6h，得到保护层。
按照重量份数计算，助焊剂包括如下组分：有机硅改性松香100份，4,10-双硼酸嚬哪醇酯-6,12-二辛氧基蒽嵌蒽25份，十六烷基二甲基甜菜碱15份，乙醇180份和缓蚀剂10份。
实施例5：一种高导电强铜排软连接，由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.12mm；铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，所述保护层包括如下组分：Cu2O 45％，CaO 1％，SiO2 54％。
其制备工艺如下：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A 3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
其中，保护层的制备方法如下：
S1.将铜丝在空气中灼烧3min，灼烧温度是225℃，在铜丝表面形成一层氧化铜层；
S2.将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶混合搅拌均匀，加入0.5M强酸待用；
S3.将氨水与硝酸铜溶液混合均匀配制为铜氨络合溶液，喷洒在灼烧过的铜丝上，铜氨络合溶液是取200ml 10M的氨水加入到1000ml 0.5M的硝酸铜溶液中，再加入5ml 0.5M硝酸钠配制而成的澄清铜氨络合溶液；
S4.在温度为60℃下，将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶溶液涂覆在步骤S3得到的铜丝上进行共沉淀，沉淀终点pH值为10，温度60℃～80℃下陈化30min；
S5.将步骤S4获得的铜丝放在烘箱中，200～250℃晶化6h，得到保护层。
按照重量份数计算，助焊剂包括如下组分：有机硅改性松香80份，4,10-双硼酸嚬哪醇酯-6,12-二辛氧基蒽嵌蒽15份，十八烷基二甲基甜菜碱10份，乙醇150份和苯并噻喃-3-酮8份。
实施例6：一种高导电强铜排软连接，由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.12～0.15mm；铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，所述保护层包括如下组分：Cu2O 50％，Na2O 2％，SiO2 48％。
其制备工艺如下：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A 3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
其中，保护层的制备方法如下：
S1.将铜丝在空气中灼烧3min，灼烧温度是225℃，在铜丝表面形成一层氧化铜层；
S2.将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶混合搅拌均匀，加入0.5M强酸待用；
S3.将氨水与硝酸铜溶液混合均匀配制为铜氨络合溶液，喷洒在灼烧过的铜丝上，铜氨络合溶液是取200ml 10M的氨水加入到1000ml 0.5M的硝酸铜溶液中，再加入5ml 0.5M硝酸钠配制而成的澄清铜氨络合溶液；
S4.在温度为60℃下，将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶溶液涂覆在步骤S3得到的铜丝上进行共沉淀，沉淀终点pH值为10，温度70℃下陈化30min；
S5.将步骤S4获得的铜丝放在烘箱中，225℃晶化6h，得到保护层。
按照重量份数计算，助焊剂包括如下组分：有机硅改性松香80～100份，4,10-双硼酸嚬哪醇酯-6,12-二辛氧基蒽嵌蒽15份，十二烷基二甲基甜菜碱15份，乙醇160份和2-羟基-4H-1-苯并噻喃-4-酮8份；淬火液包括如下组分：去离子水150份，异丙醇20份，羧甲基壳聚糖20份。
实施例7：一种高导电强铜排软连接，由若干铜丝焊接而成，铜丝的直径为0.12～0.15mm；铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，所述保护层包括如下组分：Cu2O 47％，CaO 2％，SiO2 51％。
其制备工艺如下：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A 3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
其中，保护层的制备方法如下：
S1.将铜丝在空气中灼烧3min，灼烧温度是225℃，在铜丝表面形成一层氧化铜层；
S2.将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶混合搅拌均匀，加入0.5M强酸待用；
S3.将氨水与硝酸铜溶液混合均匀配制为铜氨络合溶液，喷洒在灼烧过的铜丝上，铜氨络合溶液是取200ml 10M的氨水加入到1000ml 0.5M的硝酸铜溶液中，再加入5ml 0.5M硝酸钠配制而成的澄清铜氨络合溶液；
S4.在温度为60℃下，将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶溶液涂覆在步骤S3得到的铜丝上进行共沉淀，沉淀终点pH值为10，温度60℃～80℃下陈化30min；
S5.将步骤S4获得的铜丝放在烘箱中，250℃晶化7h，得到保护层。
按照重量份数计算，助焊剂包括如下组分：有机硅改性松香80份，4,10-双硼酸嚬哪醇酯-6,12-二辛氧基蒽嵌蒽15份，十六烷基二甲基甜菜碱10份，乙醇150份和苯并噻喃-3-酮7份；淬火液包括如下组分：去离子水150份，异丙醇20份，羧甲基壳聚糖25份。
对比实施例：市售铜丝软连接。
将实施例1至实施例7及对比实施例进行试验，结果如下：
Figure BDA0002829330050000121
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种高导电强铜排软连接，其特征在于，由若干铜丝焊接而成，所述铜丝的直径为0.12~0.15mm；所述铜丝表面负载保护层；按照质量分数计算，所述保护层包括如下组分：CuO 45~50%，碱金属氧化物1~2%，余量为SiO2；所述碱金属氧化物是CaO、Na2O或K2O中的任意一种或几种的混合物；
所述保护层的制备方法包括如下步骤：
S1.将铜丝在空气中灼烧3~5min，灼烧温度是200~250℃，在铜丝表面形成一层氧化铜层；
S2.将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶混合搅拌均匀待用；
S3.将氨水与硝酸铜溶液混合均匀配制为铜氨络合溶液，喷洒在灼烧过的铜丝上；
S4.在温度为50℃~70℃下，将碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶溶液涂覆在步骤S3得到的铜丝上进行共沉淀，沉淀终点pH值为6~10，温度60℃~80℃下陈化10min~30min；
S5.将步骤S4获得的铜丝放在烘箱中，200~250℃晶化5~8h，得到所述保护层。
2.根据权利要求1所述的一种高导电强铜排软连接，其特征在于，所述铜氨络合溶液是取200ml 10M的氨水加入到1000ml 0.5M的硝酸铜溶液中，再加入5ml 0.5M硝酸钠配制而成的澄清铜氨络合溶液。
3.根据权利要求1所述的一种高导电强铜排软连接，其特征在于，所述步骤S2中碳酸钠溶液或硝酸与硅溶胶的混合溶液中还加入了强酸，强酸的加入量是硅溶胶质量的0.5%。
4.根据权利要求1所述的一种高导电强铜排软连接的制备工艺，其特征在于，包括如下操作步骤：
A1.在铜丝表面制备保护层；
A2.将步骤A1得到的铜丝若干根的两端涂覆助焊剂，进行焊接；
A3.将焊接后的铜丝浸入到淬火液中进行淬火处理。
5.根据权利要求4所述的一种高导电强铜排软连接的制备工艺，其特征在于，按照重量份数计算，所述助焊剂包括如下组分：有机硅改性松香80~100份，4 ,10-双硼酸嚬哪醇酯-6,12-二辛氧基蒽嵌蒽15~25份，表面活性剂10~15份，乙醇150~180份和缓蚀剂5~10份。
6.根据权利要求5所述的一种高导电强铜排软连接的制备工艺，其特征在于，所述表面
活性剂是十二烷基二甲基甜菜碱、十六烷基二甲基甜菜碱或十八烷基二甲基甜菜碱中的任
意一种或几种的混合物。
7.根据权利要求3~6任意一项所述的一种高导电强铜排软连接的制备工艺，其特征在于，在所述步骤A2的焊接工序中，焊接电流控制在250A~270A，焊接电压控制在28V~30V。
8.根据权利要求7所述的一种高导电强铜排软连接的制备工艺，其特征在于，在所述步骤A2的焊接工序中，焊接温度为150~195℃。
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CN1101623A (zh) * 1994-07-23 1995-04-19 南开大学 由黄铜矿直接制备氧化铜的方法
CN103128461A (zh) * 2011-11-23 2013-06-05 郴州金箭焊料有限公司 一种无铅焊锡丝用助焊剂
CN106129317A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 杭州拂晓新材料科技有限公司 一种铜排软连接及其制备方法
CN109385660A (zh) * 2018-12-12 2019-02-26 深圳桓轩科技有限公司 基于纳米材料的金属保护层

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