通过金属间化合物分析优化焊接条件的不同种类的金属之间的激光焊接方法技术

本申请公开了一种通过对从激光焊接部分产生的金属间化合物的结合结构使用定量分析而能够优化不同种类的金属的激光焊接的方法。该方法包括通过测量在不同种类的金属的激光焊接部分产生的金属间化合物的含量以及通过计算所述不同种类的金属各自的熔融面积的比例并且将其控制在预定值来优化焊接条件的步骤。

Laser welding method between different kinds of metals by analyzing intermetallic compounds to optimize welding conditions

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过金属间化合物分析优化焊接条件的不同种类的金属之间的激光焊接方法
本申请要求2017年9月11日提交的韩国专利申请No.10-2017-0116056的优先权的权益，其全部公开内容通过引用并入本说明书中。本专利技术涉及一种用于不同金属的激光焊接方法，该方法可以通过利用金属间化合物分析来优化焊接条件。
技术介绍
铝(Al)构件和铜(Cu)构件因为它们具有优异的导电性和导热性而广泛用于电子和电气部件和散热部件中。具体地，铜构件在导电性和导热性方面优异，并且具有高的机械强度和大的抗变形性。铝构件具有比铜稍低的导电性和导热性，但是它们重量轻并且更不抗变形。因此，铜和铝构件根据电子和电气部件以及散热部件所需要的性能来使用。另一方面，在包含阴极和阳极的电池的制备中，要求阴极和阳极具有用于电池之间的电连接的接合。通常，使用铝、铜和其它构件的异质接合方法被广泛使用。而且，为了使电子和电气部件以及散热部件缩小尺寸并变轻，近来需要铜和铝构件的接合。然而，由于在激光焊接使铜和铝接合时，铝和铜由于它们不同的熔融温度而产生具有数个相的金属间化合物。图1示出了观察铜汇流条和铝引线的激光焊接的横截面的光学显微镜图像。当铝构件和铜构件被直接焊接时，在焊接部分(接合界面)中随机产生大量的金属间化合物，如图1中所示。根据焊接方法和条件，待产生的相的数量或类型会不同。由此形成的金属间化合物具有比母体材料(基底金属)更高的电阻和硬度，这会不利地影响焊接部分的机械性能，例如脆性，或者由于电阻增加而使电池之间的电连接劣化。因此，需要一种能够充分确保金属间化合物的结合可靠性的技术。
技术实现思路
技术问题必须找到一种对激光焊接部分中产生的金属间化合物(IMC)进行分布分析和定量的方法，以确保焊接质量的可靠性。因此，本专利技术的一个目的是提供一种通过对金属间化合物进行分布分析和定量来确认激光焊接的最佳条件的方法，以确保激光焊接不同金属时焊接部分的可靠性。技术方案为了实现所述目的，本专利技术提供一种用于不同金属的激光焊接方法，包括测量在所述不同金属之间的激光焊接部分中产生的金属间化合物的含量来计算所述不同金属各自的熔融面积的比例并且将熔融面积的比例控制到预定值以优化焊接条件。在一个优选的实施方案中，所述熔融面积的比例由下面的等式定义，并且可以将其控制到小于10％。熔融面积的比例＝(熔融面积小的金属的熔融面积/熔融面积大的金属的熔融面积)×100在一个优选实施方案中，该方法还可以包括通过测量所述焊接部分的拉伸强度来预先确定所述焊接部分是否是弱焊接。此外，所述金属间化合物的含量的测量可以包括：(a)对所述金属间化合物进行X射线衍射(XRD)分析以确定是否存在新形成的相及其类型的步骤；(b)对所述金属间化合物进行电子背散射衍射(EBSD)分析以得到菊池带并且映射整个图像的菊池带的步骤；和(c)将由其类型确定的相和由菊池带指示的信息匹配以确认所述金属间化合物的分布和相对于测量面积的所述相的分数的步骤。在本专利技术的一个优选实施方案中，由于激光焊接不同金属时，不同金属之间的熔融温度的差异，所述金属间化合物可以具有数个相。所述金属间化合物可以选自铝(Al)-铜(Cu)化合物和铝(Al)-镍(Ni)化合物，优选地，可以包括选自Al2Cu、AlCu、Al3Cu4、Al2Cu3、Al4Cu9、Al3Cu2、AlCu3和Al9Cu11.5中的至少一种。有益效果本专利技术通过对激光焊接部分中产生的金属间化合物的相利用分布和定量分析，可以提供激光焊接的最佳条件，这使得能够对不同金属的激光焊接设计和工艺方法进行反馈，使金属间化合物最小化，从而确保焊接部分的机械和电气可靠性。附图说明图1示出了观察铜汇流条和铝引线之间的激光焊接部分的横截面的光学显微镜图像；图2是示出测量焊接部分的拉伸强度的图；图3是示出测量焊接部分的剥离强度的图；图4示出根据图2中的正常焊接和过度焊接的金属间化合物(IMC)的含量和EBSD映射图像；图5是示出IMC面积与金属熔融面积的比例的关系的图；图6是示出测量金属熔融面积的方法和由此得到的金属熔融面积的比例的EBSD图像。具体实施方式在下文中，将详细描述本专利技术。以下说明书旨在说明本专利技术，而不应该理解为限制本专利技术的范围。本专利技术涉及一种用于不同金属的激光焊接方法，包括测量所述不同金属之间的激光焊接部分中产生的金属间化合物的含量来计算所述不同金属各自的熔融面积的比例并且将熔融面积的比例控制到预定值以优化焊接条件。所述金属间化合物是指由于不同金属的熔融温度和冷却速率之间的差异而在激光焊接时形成的具有数个相的材料。根据本专利技术的一个优选实施方案，所述金属间化合物可以选自铝(Al)-铜(Cu)化合物和铝(Al)-镍(Ni)化合物，优选地，可以包括选自Al2Cu、AlCu、Al3Cu4、Al2Cu3、Al4Cu9、Al3Cu2、AlCu3和Al9Cu11.5中的至少一种。在一个优选的实施方案中，所述熔融面积的比例由下面的等式定义。熔融面积的比例＝(熔融面积小的金属的熔融面积/熔融面积大的金属的熔融面积)×100所述熔融面积的比例可以控制到小于10％、8％以下、或6％以下。而且，所述熔融面积的比例为0％以上是指两种母体材料均熔融并且被焊接。在一个优选的实施方案中，所述方法还可以包括通过测量所述焊接部分的拉伸强度来预先确定焊接部分是否是弱焊接。弱焊接的基准可以根据金属的种类或用途而变化，因此可以根据需要适当地确定。通常，通过测量焊接部分的拉伸强度来确认不同金属之间的焊接程度。如图2中所示，弱焊接可以通过拉伸强度来确认，但是过度焊接难以与正常焊接区分开来。过度焊接会提高金属间化合物(IMC)的含量，从而不利地影响长期可靠性。IMC易受电蚀和湿气的影响，并且IMC连续暴露于这种气氛会扩大其面积并且产生裂缝和孔，从而降低焊接可靠性。在本专利技术中，分析了正常焊接部分和过度焊接部分中的金属间化合物的含量，结果证实这两个焊接部分之间的金属间化合物的含量比例彼此不同，如图4中所示。金属间化合物的含量的分析通过利用能够确定金属间化合物的分布和数量的电子背散射衍射(EBSD)和X射线衍射(XRD)来进行，这在韩国专利申请No.2015-0162633中公开，其全部公开内容通过引用并入本说明书中。也就是说，所述金属间化合物的含量的测量可以包括：(a)对所述金属间化合物进行X射线衍射(XRD)分析以确定是否存在新形成的相及其类型的步骤；(b)对所述金属间化合物进行电子背散射衍射(EBSD)分析以得到菊池带并且映射整个图像的菊池带的步骤；和(c)将由其类型确定的相和由菊池带指示的信息匹配以确认所述金属间化合物的分布和相对于测量面积的所述相的分数的步骤。首先，在步骤(a)中，所述金属间化合物通过X射线衍射(XRD)来分析，以确定存在新形成的相和新形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于不同金属的激光焊接方法，包括测量所述不同金属之间的激光焊接部分中产生的金属间化合物的含量来计算所述不同金属各自的熔融面积的比例并且将计算的比例控制为预定值以优化焊接条件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170911 KR 10-2017-01160561.一种用于不同金属的激光焊接方法，包括测量所述不同金属之间的激光焊接部分中产生的金属间化合物的含量来计算所述不同金属各自的熔融面积的比例并且将计算的比例控制为预定值以优化焊接条件。


2.根据权利要求1所述的用于不同金属的激光焊接方法，其中，所述熔融面积的比例由下面等式定义并且将其控制到小于10％：
熔融面积的比例＝(熔融面积小的金属的熔融面积/熔融面积大的金属的熔融面积)×100。


3.根据权利要求1所述的用于不同金属的激光焊接方法，该方法还包括通过测量所述焊接部分的拉伸强度来预先确定所述焊接部分是否是弱焊接。


4.根据权利要求1所述的用于不同金属的激光焊接方法，其中，所述金属间化合物的含量的测量包括：
(a)对所述金属间化合物进行X射线衍射(X...

【专利技术属性】
技术研发人员：李镇洙，朴晟喆，辛富建，秋素英，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR