[發明專利]一種連接銅包鋁復合導線的方法

有效

• 申請號: 201110358692.3
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102412446A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 陳剛;趙玉濤;張勇;張松利
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01R4/62
• 分類號: H01R4/62;H01B13/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及銅包鋁復合材料，具體而言為涉及一種連接銅包鋁復合導線的方法。

背景技術

銅和鋁具有良好的導電、導熱性能，被廣泛應用于電力、電器、電子、傳熱、信息等行業中，在世界資源儲藏中，鋁資源比較豐富，而銅資源相對短缺，因此，以鋁代銅是節約銅資源的重要策略，然而，鋁的焊接、滅弧、耐磨等性能較差，在很多場合以鋁直接代銅非常困難，而銅鋁復合材料則可以實現這一功能；近年來，國內外學者對銅鋁復合材料的生產工藝進行了較多的研究，銅包鋁復合導線、銅鋁復合導電排等已經得到了產業應用。

在銅包鋁復合導線生產和使用過程中，經常遇到連接問題，銅包鋁復合導線的連接需要解決不同種金屬的結合，不僅要避免銅-鋁界面的化學反應，而且要方便、快捷；目前常用的連接方式是冷壓焊，是將兩根導線的端頭分別夾持在冷壓焊機的左右鉗口中，在不加熱的情況下，借助于逐步施加的軸向壓力使金屬產生塑性變形，將接頭表面的氧化膜及其它雜質不斷向外部擠出，使潔凈的金屬在壓力作用下結合在一起，形成接頭；冷壓焊時，對接處的金屬在軸向力作用下相互擠壓，在接頭四周形成一圈飛邊，將飛邊清除后，可見到環繞接頭表面有寬度約為0.2~0.?5?mm的銅層被擠出的鋁隔斷，形成露鋁現象；對于硬態銅包鋁復合導線，由于線材的塑性很差，冷壓焊時金屬變形困難，因而接頭冶金結合較差,拉伸試驗時往往在接頭處斷裂,接頭強度比線材本身低，對于軟態銅包鋁復合導線，不管端頭退火部分長度如何,總是存在或長或短的軟化區，該軟化區的硬度較低,將成為整根銅包鋁線上的一個隱患，影響線材使用安全，另外，銅包鋁復合導線的冷壓焊接頭中產生的一圈露鋁，盡管寬度很小(約為0.2~0.5mm)，但因銅與鋁兩種金屬的電極電位相差很大，當暴露在潮濕大氣中并形成含有CO₂或SO₂的電解質溶液時，便通過電化學作用使鋁遭受腐蝕，因此，迫切需要尋求一種新型銅包鋁復合導線連接方法。

瞬間液相（TLP）擴散連接，是通過在兩個待連接母材表面之間放入中間層合金，當工件在連接溫度下保溫時，中間層中降低熔點元素快速擴散到母材金屬中，使母材端面微區的熔點降低并發生瞬時熔化；同時母材中的高熔點元素向已為液相的中間層中擴散，使中間層合金的熔點升高，隨后發生等溫凝固而完成連接過程，它可以形成與母材組織和力學性能相近的焊接接頭；在TLP連接過程中，液相通過兩種方式形成，一是中間層自身的熔化，此時液相起著類似釬料的作用；二是中間層與母材發生共晶反應，由于液相的參與，使得TLP連接需要的初始壓力很小，甚至0.07MPa即可。

在瞬時液相擴散連接過程中，影響TLP連接接頭的主要因素有：中間層、連接溫度、保溫時間及連接壓力，為了獲得成分與性能更類似于母材的接頭，通常中間層材料的成分為在母材成分的基礎上添加適量的降低熔點元素，瞬時液相擴散連接的中間層，通常具有以下的特點：①應低于母材的熔點；②連接時不產生有害的金屬間化合物；③與母材潤濕性好；④成分均勻化快；⑤等溫凝固快，粉末和箔片是中間層常見的形狀，但是箔片狀的中間層連接質量優于粉末狀的。連接溫度是擴散連接最重要的連接參數，連接溫度微小的變化都會使擴散速度產生較大的變化。當連接溫度較低時，會使接頭處元素擴散不充分；而連接溫度過高，會導致母材中元素過度溶解，致使焊縫中金屬間化合物等脆性相析出增多。研究表明，瞬時液相擴散連接的加熱溫度（T）的可以選擇為T＝T_i＋50～200℃，其中T_i為中間層的熔點，TLP擴散連接時在連接溫度下保持的時間即為保溫時間。在該時間內必須使擴散過程完成，使TLP連接接頭達到所需的結合強度，如果保溫時間過短，會使TLP連接接頭達不到所需的結合強度。但是，保溫時間過長，反而會使連接母材的晶粒粗大，在實際連接中，保溫時間可以在一個較寬的范圍內變化，連接時可以保溫幾分鐘，也可以是幾個小時，實際生產中，在保證接頭結合強度的條件下，應盡量減少保溫時間，一般情況下，連接壓力越大越利于獲得較好界面的連接，但擴散連接過程中連接壓力有一個臨界值，當TLP連接過程中使用的連接壓力大于了這個臨界值時，不論怎樣增大壓力值，連接接頭的性能都不會增加，另外，從實際加工條件及經濟方面考慮，在TLP連接過程中應選擇一合適的壓力值，其應綜合連接溫度、保溫時間、母材表面的粗糙度、中間層的擴散性等因素決定，總之，選擇最佳的連接壓力對擠出脆性相、破碎氧化膜、縮短連接時間、提高接頭的致密性是有益的，為了消除TLP連接接頭的氧化缺陷，一般在真空或惰性氣體保護下進行瞬時液相擴散連接。