[发明专利]一种提高电子行业用纯镍带与铝带焊接强度的方法

说明书

本发明公开了一种提高电子行业用纯镍带与铝带焊接强度的方法，先采用磁控溅射物理气相沉积方法将金属铜沉积在纯镍带表面，再以沉积在纯镍带表面的铜作为焊接界面的过渡金属，采用激光焊接方法在惰性气体保护下焊接镍带和铝带。本发明的焊接方法既保证了材料良好的导电性，不影响焊接接头的力学性能，同时又避免了焊接面生成过多的焊接脆性相，塑形较低且韧性差，焊接后容易开裂的技术问题，实现了独特的微观结构控制，焊接强度高，界面拉伸强度提高了30牛。

技术领域

本发明涉及电子行业用纯镍带与铝带的焊接技术领域，更具体地，涉及一种提高电子行业用纯镍带与铝带焊接强度的方法。

背景技术

纯金属镍带具有较高的强度、良好的导电性和加工延展性，广泛用于航空航天、电子、海洋、机械制造等领域。高品质金属带材的生产包括纯净熔炼、热轧、冷轧、退火等重要工艺过程，其中冷轧过程能够保证产品力学性能的前提下，通过冷轧变形和热处理工艺的恰当配合，获得具有特殊织晶结构的带材包括镍带与铝带产品，例如一些特殊的织构能够提高金属带材的导电性。但是，冷轧后的金属带材变形抗力大，硬度提高，塑形降低，此外轧制工艺的不合理也会在带材上产生一些表面缺陷如氧化铁皮压入、纵条状划痕、表面麻坑、皮下气泡、微裂纹、鳞皮、折叠、过烧等。

目前，电子工业领域中将导电性能良好的铝带与镍带焊接来提高导电性能，焊接工艺包括激光焊接、电子束焊接、等离子焊接、手工电弧焊等。但是对铝带与镍带的焊接通常存在下述问题：(1)由于纯金属镍的热导率低、电阻系数大，焊接时容易出现热裂纹、气孔、晶粒粗大等问题，当焊接工艺不良或者参数不匹配时，还会在热影响区生成较多的夹杂物或析出有害相，造成焊缝处微裂纹萌生，严重降低焊后焊接接头的力学性能，影响工件使用；(2)在纯镍带与铝带焊接过程中，如果焊缝内存在少量的氧(O)，O与Ni会生成氧化镍，氧化镍可以进一步与镍组成低熔点的共晶相，而共晶相处于晶粒边界部位，冷却后在较高的焊接残余应力作用下会导致焊缝及热影响区产生微裂纹，显著降低焊接接头的强度；(3)国内纯镍带材的主要化学成分如表1所示，镍带中通常存在一些微量元素(如Mg、Si、S、C等)，这些微量元素会加宽金属镍的凝固范围，并且在晶内、晶界产生各种脆性析出相，容易萌生凝固裂纹，为镍带与铝带的焊接带来困难，试验结果表明，镍对元素硫(S)和磷(P)的化学亲和力较高，结晶时能够生成两种低熔点共晶相NiS2-Ni和Ni3P-Ni，并且分布于晶界，降低焊缝的结合强度。另外，铁和镍的二元共晶物中有许多低熔点共晶物和非金属共晶物，特别是熔点与Ni、Fe相比较低的硫、磷共晶物，也会加剧热裂纹产生，降低焊接强度；(4)在大气环境中焊接镍带与铝带时，焊接区与空气除进行热交换之外，还发生物质扩散、对流、相析出等冶金化学反应，焊缝部位气体环境较大的影响了焊接接头的力学性能；(5)在金属液中溶解的气体通常以离子态(阳离子和阴离子)、原子态，或化合物(氧化物或氮化物)形态存在于焊缝表面，当金属从液态转变为固态时，气体溶解度变化越大，产生气孔越大，降低焊接强度；(6)金属镍和铝都是导电性和塑形较好的金属材料，但是两者在高温下焊接熔化后生成脆性的金属间化合物材料(如NiAl、Al3Ni、Al3Ni2、Al3Ni5等)，由于金属间化合物塑形低，加上激光焊接冷却速度快，残余应力高，容易在焊接接头萌生微裂纹，降低焊接强度。

表1纯镍带材的主要化学成分(％wt)

激光焊接是一种比较新型的焊接方法，它利用高能量的激光脉冲对金属材料进行微小区域的加热，激光束的能量将材料熔化后形成局部熔池，从而实现金属的物理冶金结合，特别适合于薄壁、精密金属零件的焊接，具有焊接速度快、热影响区小、焊缝平整、焊接质量高、可精确控制等优点。但是，镍带与铝带在激光焊接过程中，影响因素较多，包括接触面处于大气气氛、金属元素含量比例难精确掌控等，导致很难可控的在焊接接头生成塑韧性好且强度较高的有益相，使焊接接头强度较低。

发明内容