CN114535772A - 一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种银镍合金‑纯铝触头的爆炸复合法制备结构及工艺，包括在地基上自下向上依次水平放置基层纯铝板、复层银镍合金‑纯铝复合板、碳钢驱动板和放置有炸药的炸药盒，炸药盒内插接雷管；基层纯铝板和复层银镍合金‑纯铝复合板间设有间隙支撑柱；基层纯铝板面积大于复层银镍合金‑纯铝复合板面积；基层纯铝板厚度大于复层银镍合金‑纯铝复合板厚度；碳钢驱动板面积大于复层银镍合金‑纯铝复合板面积。本发明采用质量、面积较大碳钢板作为驱动板接受炸药爆炸的能量，驱动较薄、面积较小的银镍合金与较大面积、较厚的纯铝基体进行爆炸复合，复合材料结合面无金属间化合物过渡带存在，界面洁净，具有优良的导电、力学性能和使用寿命。

Description

一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构及工艺
技术领域
本发明涉及金属焊接技术领域，具体涉及一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构及工艺。
背景技术
银镍合金(一般镍含量5％～40％)具有良好的导电性和导热性，抗金属转移、电弧烧损、电侵蚀等能力较强，耐磨性好，强度高，并有良好的延展性及切削加工能力，因此其作为触头材料广泛用于开关、控制器、电压调节器、断路器等电力元件。在强电流使用环境下下，阴极铝母线需要和银镍合金触头材料进行连接，当采用压接的机械连接方法会产生较大的接触电阻降低元件的导电能力。另外Ag和Ni均与铝在高温下生成脆性金属件化合物相，因此无论是采取传统的熔焊和高能束(激光焊、电子束)焊，焊接界面均会生成大量脆性相导致焊接接头开裂或力学性能很差不具有实际的工程使用价值。而爆炸焊接属于固相焊，焊接界面元素扩散少、熔化少，焊接过程不改变母材的组织状态，焊接接头具有优异的强度和电学性能，因此广泛应用于传统焊接方法不可焊料的异种金属的焊接，广泛应用于导电、结构领域。
银镍合金由于其价格昂贵，因此经常在关键部位采用，而其余部分采用商用纯铝作为导电部件，因此其厚度、面积均小于纯铝基体材料，因此需要考虑在一块大的铝基体面积上制备一层较小面积的银镍合金材料的层状复合材料。然而传统的爆炸焊接方法适用于复层和复层面积相等的层状金属复合材料的制备。因此，亟需一种适用于小面积银镍合金和厚大纯铝层复合材料的制备结构及工艺。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构及工艺。
本发明公开了一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，包括地基，在所述地基上自下向上依次水平放置有基层纯铝板、复层银镍合金-纯铝复合板、碳钢驱动板和炸药层，所述炸药层内插接有雷管；
所述基层纯铝板和所述复层银镍合金-纯铝复合板之间设置有多个间隙支撑柱；且所述基层纯铝板的面积大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积；
所述基层纯铝板的厚度大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的厚度；
所述碳钢驱动板的面积大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积。
作为本发明的进一步改进，所述复层银镍合金-纯铝复合板由等面积的基层银镍合金板和复层纯铝板爆炸复合制成。
作为本发明的进一步改进，所述基层银镍合金板和所述复层纯铝板之间设置有多个间隙支撑柱，所述复层纯铝板上放置炸药层，所述基层银镍合金板与所述地基之间设置有纤维板；
所述炸药层内的炸药爆炸后，所述基层银镍合金板和复层纯铝板形成所述复层银镍合金-纯铝复合板。
作为本发明的进一步改进，所述基层银镍合金板和所述复层纯铝板的表面粗糙度Ra不大于1μm，不平度不大于0.5mm；
所述纤维板包括两层厚度不小于10mm的纤维板，所述复层纯铝板的厚度为2mm。
作为本发明的进一步改进，所述炸药层内的炸药为低爆速铵油炸药，所述低爆速铵油炸药的爆速为2200m/s，密度为0.85g/cm3；
所述炸药层内的装药厚度为15mm，装药间隙为4mm。
作为本发明的进一步改进，所述复层银镍合金-纯铝复合板的银镍合金面粘贴在所述碳钢驱动板的底部中央位置；
所述碳钢驱动板的底部除所述复层银镍合金-纯铝复合板外的位置还粘贴有防止碳钢驱动板和基层纯铝板发生焊接的透明胶带；
所述碳钢驱动板的厚度为2mm。
作为本发明的进一步改进，多个所述间隙支撑柱均为纯铝间隙柱，多个所述纯铝间隙柱的高度均为8mm。
作为本发明的进一步改进，所述基层纯铝板和所述复层银镍合金-纯铝复合板的表面粗糙度Ra不大于1μm；
所述基层纯铝板的厚度大于5mm，所述复层银镍合金-纯铝复合板的厚度为1-2mm；
所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积不大于50mm×500mm。
本发明还公开了一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构的工艺，包括：
步骤S1、对银镍合金板和纯铝板上的氧化层进行抛磨处理，去除银镍合金板和纯铝板上的表面氧化皮和污染物；
步骤S2、采用低爆速铵油炸药，以纯铝板为复层，银镍合金板为基层，并以纤维板作为放置基层的垫板，放置在平整的沙土基础上，进行爆炸复合，得到银镍合金-纯铝复合板；
步骤S3、将步骤S2中得到的银镍合金-纯铝复合板作复层，并将银镍合金-纯铝复合板的银镍合金面粘贴到的碳钢驱动板底部中央，在所述碳钢驱动板底部除银镍合金-纯铝复合板外的位置贴上防止碳钢驱动板和基层纯铝板发生焊接的透明胶带；
步骤S4、对复层银镍合金-纯铝复合板和基层纯铝板表面进行清理，完全去除复层银镍合金-纯铝复合板和基层纯铝板表面的氧化皮和污染物；
步骤S5、在基层纯铝板与粘贴了银镍合金-纯铝复合板的碳钢驱动板之间设置多个间隙支撑柱，并在所述碳钢驱动板上方设置炸药层，在爆炸场完成上述组装后进行爆炸复合；
步骤S6、对爆炸复合后的复合板进行矫形、切割和加工，完成银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备。
作为本发明的进一步改进，所述基层纯铝板的面积大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积；
所述基层纯铝板的厚度大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的厚度；
所述碳钢驱动板的面积大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用质量、面积较大碳钢板作为驱动板接受炸药爆炸的能量，驱动较薄、面积较小的银镍合金与较大面积、较厚的基层纯铝板进行爆炸复合，并且复合材料结合界面无金属间化合物过渡带存在，界面洁净，具有优良的导电性能、力学性能和使用寿命。
附图说明
图1为本发明公开的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法的制备结构的驱动板法爆炸复合银镍合金-厚纯铝示意图；
图2为本发明公开的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法的制备结构的复层银镍合金-纯铝复合板的爆炸焊接结构示意图；
图3为本发明公开的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法的制备结构的工艺流程图。
图中：
1、雷管；2、碳钢驱动板；3、基层纯铝板；4、炸药层；5、复层银镍合金-纯铝复合板；6、间隙支撑柱；7、地基；8、复层纯铝板；9、基层银镍合金板；10、纤维板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明公开了一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，包括地基7，在地基7上自下向上依次水平放置有基层纯铝板3、复层银镍合金-纯铝复合板5、碳钢驱动板2和炸药层4，炸药层4内插接有雷管1；基层纯铝板3和复层银镍合金-纯铝复合板5之间设置有多个间隙支撑柱6；且基层纯铝板3的面积大于复层银镍合金-纯铝复合板5的面积；基层纯铝板3的厚度大于复层银镍合金-纯铝复合板5的厚度；碳钢驱动板2的面积大于复层银镍合金-纯铝复合板5的面积。
本发明采用质量、面积较大碳钢板作为驱动板接受炸药爆炸的能量，驱动较薄、面积较小的银镍合金与较大面积、较厚的基层纯铝板3进行爆炸复合，并且复合材料结合界面无金属间化合物过渡带存在，界面洁净，具有优良的导电性能、力学性能和使用寿命。
具体的：
如图2所示，本发明的复层银镍合金-纯铝复合板5由等面积的基层银镍合金板9和复层纯铝板8爆炸复合制成。
进一步的，本发明的基层银镍合金板9和复层纯铝板8之间设置有多个间隙支撑柱6，复层纯铝板8上放置炸药层，基层银镍合金板9与地基7之间设置有纤维板10；炸药层4内的炸药爆炸后，基层银镍合金板9和复层纯铝板8形成复层银镍合金-纯铝复合板5。
进一步的，本发明的基层银镍合金板9和复层纯铝板8的表面粗糙度Ra不大于1μm，不平度不大于0.5mm；纤维板10包括两层厚度不小于10mm的纤维板10，复层纯铝板8的厚度为2mm。
进一步的，本发明的炸药层4内的炸药为低爆速铵油炸药，低爆速铵油炸药的爆速为2200m/s,密度为0.85g/cm3；炸药层4内的装药厚度为15mm，装药间隙为4mm。
如图1所示，本发明的复层银镍合金-纯铝复合板5的银镍合金面粘贴在碳钢驱动板2的底部中央位置；碳钢驱动板2的底部除复层银镍合金-纯铝复合板5外的位置还粘贴有防止碳钢驱动板2和基层纯铝板3发生焊接的透明胶带。本发明的碳钢驱动板的厚度为2mm。
进一步的，本发明中的多个间隙支撑柱6均为纯铝间隙柱，多个纯铝间隙柱的高度均为8mm；基层纯铝板3和复层银镍合金-纯铝复合板5的表面粗糙度Ra不大于1μm。
进一步的，本发明中的基层纯铝板3的厚度大于5mm，复层银镍合金-纯铝复合板的厚度为1-2mm；复层银镍合金-纯铝复合板的面积不大于50mm×500mm。
如图3所示，本发明还公开了一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构的工艺，具体采用两步法爆炸复合工艺，先进行2mm复层纯铝板8和基层银镍合金板9的等面积爆炸复合，再利用2mm低碳钢板作为驱动板吸收炸药爆炸后的动能，以焊接复层银镍合金-纯铝复合板5作为复层和厚大的基层纯铝板3进行爆炸焊接，从而完成部分银镍合金-纯铝复合材料的制备；
具体工艺包括：
步骤S1、对银镍合金板和纯铝板上的氧化层进行抛磨处理，去除银镍合金板和纯铝板上的表面氧化皮和污染物；
步骤S2、采用低爆速铵油炸药，以纯铝板为复层，银镍合金板为基层，并以纤维板10作为放置基层的垫板，放置在平整的沙土基础上，进行爆炸复合，得到银镍合金-纯铝复合板；
步骤S3、将步骤S2中得到的银镍合金-纯铝复合板作复层，并将银镍合金-纯铝复合板的银镍合金面粘贴到的碳钢驱动板2底部中央，在碳钢驱动板2底部除银镍合金-纯铝复合板外的位置贴上防止碳钢驱动板2和基层纯铝板3发生焊接的透明胶带；
步骤S4、对复层银镍合金-纯铝复合板5和基层纯铝板3表面进行清理，完全去除复层银镍合金-纯铝复合板5和基层纯铝板3表面的氧化皮和污染物；
步骤S5、在基层纯铝板3与粘贴了银镍合金-纯铝复合板的碳钢驱动板2之间设置多个间隙支撑柱6，并在碳钢驱动板2上方设置炸药层4，在爆炸场完成上述组装后进行爆炸复合；
步骤S6、对爆炸复合后的复合板进行矫形、切割和加工，完成银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备。
进一步的，在步骤S1中，具体包括：把基层银镍合金板9和2mm厚的复层纯铝板8用120#纤维轮抛磨掉表面的氧化层，使金属光洁，粗糙度Ra≤1μm，不平度≤0.5mm。
进一步的，在步骤S2中，具体包括：采用低爆速铵油炸药，其爆速2200m/s,密度0.85g/cm3，装药厚度为15mm，间隙4mm；以2mm厚的复层纯铝板8为复层，基层银镍合金板9为基层，并以两层10mm的纤维板10作为放置基层银镍合金板9的垫板，放置在平整的沙土基础上(如图2所示)，进行爆炸复合；
进一步的，在步骤S3中，具体包括：将步骤2复合加工后的银镍合金-纯铝复合板作复层，用环氧树脂胶将复层银镍合金-纯铝复合板5的银镍合金面粘贴到2mm厚度的碳钢驱动板2中央。在碳钢驱动板2除复层银镍合金-纯铝复合板5之外的位置贴上透明胶带，防止碳钢驱动板2和基层纯铝板3发生焊接；
进一步的，在步骤S4中，具体包括：对复层银镍合金-纯铝复合板5和基层纯铝板3的表面进行清理，完全去除表面氧化皮和污染物，保证表面粗糙度Ra≤1μm；
进一步的，在步骤S5中，具体包括：采用纯铝柱作为间隙支撑柱6支撑粘贴了复层银镍合金-纯铝复合板5的碳钢驱动板2，纯铝柱的高度为8mm，使复层银镍合金-纯铝复合板5和基层纯铝板3的距离保持在6mm，在爆炸场进行组装并爆炸复合，(如图1所示)；
进一步的，在步骤S6中，具体包括：对爆炸复合后的复合板进行矫形、切割和加工，完成银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法的制备。
实施例1：
以AgNi5作为复层银镍合金-纯铝复合板5，规格为2mm×15mm×380mm；基层纯铝板3的规格选用为37mm×37mm×380mm；
AgNi5复层位于基层纯铝板3的中心部位，按照上述步骤实施复合；
焊后复合材料的结合面积为100％，银镍合金-铝界面室温界面抗剪强度均值(τb)＞80Mpa，室温界面电阻率ρ20为2.25μΩ.cm。
实施例2：
以AgNi5作为复层银镍合金-纯铝复合板5，规格为1.2×20mm×500mm，基层纯铝板3的规格选用为60mm×60mm×500mm；
将AgNi5复层位于铝基层的中心部位，按照上述步骤实施复合；
焊后复合材料的结合面积为100％，银镍合金-铝界面室温界面抗剪强度均值(τb)＞80Mpa，室温界面电阻率ρ20为2.28μΩ*cm。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，包括地基，其特征在于，在所述地基上自下向上依次水平放置有基层纯铝板、复层银镍合金-纯铝复合板、碳钢驱动板和炸药层，所述炸药层内插接有雷管；
所述基层纯铝板和所述复层银镍合金-纯铝复合板之间设置有多个间隙支撑柱；且所述基层纯铝板的面积大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积；
所述基层纯铝板的厚度大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的厚度；
所述碳钢驱动板的面积大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积。
2.根据权利要求1所述的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，其特征在于，所述复层银镍合金-纯铝复合板由等面积的基层银镍合金板和复层纯铝板爆炸复合制成。
3.根据权利要求2所述的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，其特征在于，所述基层银镍合金板和所述复层纯铝板之间设置有多个间隙支撑柱，所述复层纯铝板上放置炸药层，所述基层银镍合金板与所述地基之间设置有纤维板；
所述炸药层内的炸药爆炸后，所述基层银镍合金板和复层纯铝板形成所述复层银镍合金-纯铝复合板。
4.根据权利要求3所述的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，其特征在于，所述基层银镍合金板和所述复层纯铝板的表面粗糙度Ra不大于1μm，不平度不大于0.5mm；
所述纤维板包括两层厚度不小于10mm的纤维板，所述复层纯铝板的厚度为2mm。
5.根据权利要求1或3所述的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，其特征在于，所述炸药层内的炸药为低爆速铵油炸药，所述低爆速铵油炸药的爆速为2200m/s，密度为0.85g/cm3；
所述炸药层内的装药厚度为15mm，装药间隙为4mm。
6.根据权利要求1所述的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，其特征在于，所述复层银镍合金-纯铝复合板的银镍合金面粘贴在所述碳钢驱动板的底部中央位置；
所述碳钢驱动板的底部除所述复层银镍合金-纯铝复合板外的位置还粘贴有防止碳钢驱动板和基层纯铝板发生焊接的透明胶带；
所述碳钢驱动板的厚度为2mm。
7.根据权利要求1或3所述的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，其特征在于，多个所述间隙支撑柱均为纯铝间隙柱，多个所述纯铝间隙柱的高度均为8mm。
8.根据权利要求1或3所述的一种银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构，其特征在于，所述基层纯铝板和所述复层银镍合金-纯铝复合板的表面粗糙度Ra不大于1μm；
所述基层纯铝板的厚度大于5mm，所述复层银镍合金-纯铝复合板的厚度为1-2mm；
所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积不大于50mm×500mm。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备结构的工艺，其特征在于，包括：
步骤S1、对银镍合金板和纯铝板上的氧化层进行抛磨处理，去除银镍合金板和纯铝板上的表面氧化皮和污染物；
步骤S2、采用低爆速铵油炸药，以纯铝板为复层，银镍合金板为基层，并以纤维板作为放置基层的垫板，放置在平整的沙土基础上，进行爆炸复合，得到银镍合金-纯铝复合板；
步骤S3、将步骤S2中得到的银镍合金-纯铝复合板作复层，并将银镍合金-纯铝复合板的银镍合金面粘贴到的碳钢驱动板底部中央，在所述碳钢驱动板底部除银镍合金-纯铝复合板外的位置贴上防止碳钢驱动板和基层纯铝板发生焊接的透明胶带；
步骤S4、对复层银镍合金-纯铝复合板和基层纯铝板表面进行清理，完全去除复层银镍合金-纯铝复合板和基层纯铝板表面的氧化皮和污染物；
步骤S5、在基层纯铝板与粘贴了银镍合金-纯铝复合板的碳钢驱动板之间设置多个间隙支撑柱，并在所述碳钢驱动板上方设置炸药层，在爆炸场完成上述组装后进行爆炸复合；
步骤S6、对爆炸复合后的复合板进行矫形、切割和加工，完成银镍合金-纯铝触头的爆炸复合法制备。
10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述基层纯铝板的面积大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积；
所述基层纯铝板的厚度大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的厚度；
所述碳钢驱动板的面积大于所述复层银镍合金-纯铝复合板的面积。
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