一种铜铝复合基材及其激光束焊接加工方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。本发明专利技术还公开了铜铝复合基材的激光束焊接加工方法及应用。本发明专利技术解决铜铝连接的电化学腐蚀问题，获得一种可以替代铜材料制作铜铝连接电气端子的材料，使铜铝连接具有使用寿命更长、加工成本更低、能耗更小的优点。

A Copper-Aluminum Composite Substrate and Its Laser Beam Welding Processing Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种铜铝复合基材及其激光束焊接加工方法和应用
本专利技术涉及导电金属材料
，尤其涉及一种导电铜铝复合基材，以及这种材料的激光束焊接加工方法和其在制作接线端子及电气接头中的应用。
技术介绍
铜材质或铜合金材质具有良好的导电性、导热性、塑性而被广泛应用在电气连接领域。然而，铜资源短缺，铜在地壳中的含量只有约为0.01％，随着使用年限的增加，铜成本会逐年递增。为此，人们开始寻找金属铜的替代品来降低成本。金属铝在地壳中的含量约为7.73％，提炼技术优化后，价格相对较低，且同样具有优良的导电性、导热和塑性加工性，因此，在汽车电气连接领域中以铝代铜是目前发展的主要趋势。相对于铜，铝的硬度、塑性和耐腐蚀性稍差，但重量较轻，导电率仅次于铜，铝在电气连接领域可以部分替代铜。但是，由于铜铝之间的电极电位差较大，直接连接后，铜铝之间会产生电化学腐蚀，铝易受腐蚀而导致连接区域电阻增大，易在电气连接中产生严重的后果，例如功能失效、火灾等。现行的铜铝连接方式一般为熔化焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、电子束焊、爆炸焊等，这些焊接方式焊出来的接头脆性大，焊缝中易产生气孔和裂纹，尤其高温处理下的焊缝，晶粒变得粗大，严重影响基材结合面的机械性能和电气性能，无法满足电气连接领域的要求。专利技术专利CN106583914A公开了一种面-面渗熔接工艺，是将铜铝材料加温到300℃-550℃，再使用低温摩擦方式，将铜铝之间摩擦清除氧化物，最后通过高压的方式，将铜铝两种材料连接在一起。但是，上述方法也存在以下弊端：1、由于铜和铝的熔点的差别很大，加热时，铝在较低的温度下开始软化，但铜还是处于硬态，而铜铝之间的摩擦，并不会完全去除铜铝之间的杂质和氧化物，反而铜会将铝挤压变形，无法使铜与铝达到面与面的完全接触,实际生产中根本无法达到如该专利技术专利申请中所要求的“结合面中的化合物+氧化物+混合物总量≤5％”的条件。2、虽然铜和铝在液态下可以无限互溶，但上述方法中加热到300℃～550℃，都没有达到铜和铝的熔点，铜铝还是固态或半固态，这种情况下互相溶合的可能很小，反而会产生较多的Cu2Al，Cu3Al2，CuAl，CuAl2等金属化合物，从而降低连接面的机械性能和电气性能。3、在加热环境下，铜和铝易被氧化，铜铝会和空气中的氧气发生氧化，产生高熔点的氧化物，夹杂在铜铝结合面中，使结合面很难达到完全融合的程度。4、上述方法要对铜铝材料进行固定并在较大压力下进行相对摩擦，因此需要对铜铝材料整体加热的设备装置，以及将铜铝材料进行摩擦的设备装置，附加设备多且成本较高。5、使用此方法一次只能对单件铜铝材料进行加工，需要单独有上料和下料的时间及装置、物流器具，导致节拍低，生产成本高，不适用大批量生产。为了解决上述问题，寻找一种使用寿命更长、加工成本更低、能耗更小的铜铝复合基材，是现在行业内技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的专利技术目的在于提供一种铜铝复合基材，解决铜铝连接的电化学腐蚀问题，获得一种可以替代铜材料制作铜铝连接电气端子的材料，使铜铝连接具有使用寿命更长、加工成本更低、能耗更小的优点。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案内容具体如下：一种铜铝复合基材，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。作为进一步的方案，本专利技术所述的铜铝混合物层中铜铝化合物的总重量占比不超过43.5％。作为进一步的方案，本专利技术所述的铜铝混合物层的厚度为0.01μm～2000μm。作为进一步的方案，本专利技术所述的铜铝混合物层的厚度为0.1μm～1000μm。作为进一步的方案，本专利技术采用激光束焊接方式形成所述的铜铝混合物层。一种铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，包括预压紧步骤：把铜基体原材料和铝层原材料引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；聚焦步骤：采用激光束聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置；形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个滚压轮挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法还包括在预压紧步骤前的预处理步骤：将所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料进行清洁。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法还包括在预压紧步骤前的预热步骤。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，所述的预热采用超声波或高频电磁波或电阻或红外加热或等离子弧方式进行。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的预热温度为200℃～548℃。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束为高频扫射激光束或带状激光束。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束在所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料的加工温度为450℃～659.5℃。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束焊接形成铜铝混合物层步骤中激光的功率为0.5kw～10kw。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束的光斑直径为0.1mm～1mm。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束扫射频度为50Hz～100Hz。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，所述激光束的光带宽度为0.1mm～1mm。作为进一步的方案，本专利技术所述的激光束焊接加工方法中，整个加工过程中，在所述铜基体原材料和所述铝层原材料位于防氧化保护气体内。一种如本专利技术所述的铜铝复合基材在制作电气接线端子中的应用。一种电气接线端子，含有本专利技术所述的铜铝复合基材。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的铜铝复合基材在铜基体和铝层的连接面，铜原子和铝原子在热量和压力的作用下，相互渗透或相互结合形成铜铝混合物层，既避免铜铝之间发生电化学腐蚀，也提高了铜铝连接的电学性能和力学性能，使铜铝复合基材的机械性能和电学性能显著提高。2.本专利技术所述的铜铝复合基材代替目前常见的铜质材料制作成接线端子，在电气连接领域，能够有效的减少铜端子与铝导线之间使用直接机械压接或焊接方式而导致的电化学腐蚀，显著提高接头的使用寿命，相比使用直接机械压接或焊接连接方式的接头，使用寿命至少延长20％。3.本专利技术所述的铜铝复合基材制作的铜铝连接接头，可以直接与铜材或铝材进行压接或焊接，不需要再进行复杂的连接加工和严苛的密封方式，降低了加工的工艺要求，提高生产效率。另外由于不需要进行类似熔化焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、电子束焊、爆炸焊等之类的方式加工，可以有效的降低铜铝连接接头的设计结构，减少接头加工成本，从而降低整体电气连接的成本。4.本专利技术所述的激光束焊接加工方法使用激光束对铜基体和铝层进行加热的方法，比将整体压力机构加热需要的设备及能量更少，且激光束的能量控制、加热点的温度更加精确，可使铜铝瞬间达到指定温度，使加工更稳定，从而节省能源，获得力学性能和电学性能更优的铜铝复合基材。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。

【技术特征摘要】
1.一种铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝复合基材包括铜基体和铝层；所述铝层设置在所述铜基体的至少其中一个表面上，所述铜基体与铝层之间形成以铜铝原子互相渗透或铜铝原子相互结合的铜铝混合物层。2.根据权利要求1所述的铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝混合物层中铜铝化合物的总重量占比不超过43.5％。3.根据权利要求1所述的铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝混合物层的厚度为0.01μm～2000μm。4.根据权利要求1所述的铜铝复合基材，其特征在于，所述铜铝混合物层的厚度为0.1μm～1000μm。5.根据权利要求1所述的铜铝复合基材，其特征在于，采用激光束焊接方式形成所述的铜铝混合物层。6.一种铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，包括预压紧步骤：把铜基体原材料和铝层原材料引入双滚轮设备中，利用双滚轮设备使所述铜基体原材料和所述铝层原材料的结合面相接触以作预压紧；聚焦步骤：采用激光束聚焦所述铜基体原材料和所述铝层原材料的接触位置；形成铜铝混合物层步骤：利用双滚轮设备中两个滚压轮挤压铜基体和铝层，使在激光束聚焦下加热的铜铝金属在压力的作用下，达到铜铝原子间相互扩散或铜铝原子相互结合并形成铜铝混合物层。7.根据权利要求6所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，还包括在预压紧步骤前的预处理步骤：将所述铜基体原材料和/或所述铝层原材料进行清洁。8.根据权利要求6所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，还包括在预压紧步骤前的预热步骤。9.根据权利要求8所述的铜铝复合基材的激光束焊接加工方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，
申请(专利权)人：吉林省中赢高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22