專利名稱：鋁銅鑄造導(dǎo)電接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異種金屬的鑄造連接技術(shù)，尤其是一種鋁--銅鑄造導(dǎo)電接頭的技術(shù)。
鋁、銅由于具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，而在電氣、冶金領(lǐng)域被大量采用。一般的導(dǎo)線、母線都是用這種金屬制作的，在現(xiàn)代生產(chǎn)的很多場合，常常需要將這兩種金屬連接起來以滿足大電流、低電壓、高效能用電設(shè)備設(shè)計(jì)的需要。
現(xiàn)有技術(shù)中，用鋁、銅連接在一起用作導(dǎo)電接頭，其連接方式主要有用螺栓機(jī)械連接的導(dǎo)電接頭，和用軋制壓焊連接的導(dǎo)電接頭。螺栓機(jī)械連接最為簡單，使用較為普遍，它是依靠兩種金屬間接觸面的機(jī)械接觸，實(shí)現(xiàn)電流傳輸?shù)?，其缺點(diǎn)是在使用中兩金屬的接觸面易發(fā)生氧化和電化學(xué)腐蝕，電阻增大，從而使可靠性、穩(wěn)定性變差。同時(shí)用螺栓連接系手工操作，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。軋制和壓焊制作導(dǎo)電接頭，導(dǎo)電性和可靠性均優(yōu)于機(jī)械連接，但這種連接需要專門的設(shè)備，而且只限于兩種金屬等面積的平面連接。
對于用鑄造方法將鋁、銅連接制作導(dǎo)電接頭，日本特許昭合37-28060公開了一種“使鋁合金和異種金屬熔敷的方法”提到在異種金屬特別是鑄鐵的表面先鍍鋁后再熔鑄。中國專利94231612和9624759分別公開了“大型銅鋁過渡接頭”和“銅鋁鑄造過渡設(shè)備端子”的實(shí)用新型，但對其如何鑄造的方法未見描述。
本發(fā)明的目的在于公開一種連接強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好的鋁銅鑄造導(dǎo)電接頭的成形方法及其產(chǎn)品。
眾所周知，異種金屬制作導(dǎo)電接頭，其中兩個(gè)核心問題是異種金屬之間的連接強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。鑄造導(dǎo)電接頭機(jī)械強(qiáng)度的保證，除了要進(jìn)行合理的形狀設(shè)計(jì)外，還需要在制造過程中保證鋁部基體和銅部基體組織的致密和鋁銅基體之間的結(jié)合牢固。良好的導(dǎo)電性能的取得也是如此，鋁銅中的各種雜質(zhì)元素均能使其導(dǎo)電性能有不同程度的下降，這就對鋁料和銅料的選擇及鋁料的熔化工藝嚴(yán)格要求。
這里將導(dǎo)電接頭的電阻值分解為三部分，即鋁部基體電阻R1，銅部基體電阻R2，鋁銅結(jié)合部電阻R3，其電阻總值R＝R1+R2+R3。我們知道，對于R1和R2可以通過原料的選擇和熔化工藝較容易的地將原料雜質(zhì)加以控制，使得R1和R2降到最低。因此導(dǎo)電接頭總電阻的降低和機(jī)械強(qiáng)度的獲得，主要取決于鑄造過程中鋁銅連接部電阻R3的減低和鋁銅結(jié)合面強(qiáng)度的提高，這也是本發(fā)明所致力解決的問題。
據(jù)資料介紹，高溫鋁液與固體銅在短時(shí)間內(nèi)接觸時(shí)，銅向鋁中擴(kuò)散，鋁也向銅中擴(kuò)散，但因?yàn)橄蛞后w中擴(kuò)散比向固體中擴(kuò)散的速度快，故可以認(rèn)為主要是銅向鋁中擴(kuò)散，這樣鋁銅之間便會(huì)生成室溫下穩(wěn)定的金屬間化合物Al2Cu，Al2Cu是脆性物質(zhì)，熔點(diǎn)548℃，電阻率約為純鋁的六倍多，6b約為5Mpa，完全不能滿足導(dǎo)電接頭的技術(shù)指標(biāo)要求。
本發(fā)明在鑄造鋁銅導(dǎo)電接頭時(shí)，將固體狀態(tài)的銅件經(jīng)過預(yù)熱(試驗(yàn)中將銅件加熱至300℃--400℃保溫1--2小時(shí))后，再行澆鑄。值得注意的是，預(yù)熱時(shí)銅的表面易產(chǎn)生氧化膜。該氧化膜Cu2O熔點(diǎn)高(1222℃--1235℃)，澆鑄過程中鋁液的溫度一般在740℃--780℃，不可能將氧化膜完全熔化穿透。故而該氧化膜會(huì)影響銅鋁之間的結(jié)合強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。
為了獲得結(jié)合強(qiáng)度高，電阻率低的導(dǎo)電接頭，本發(fā)明還采用了以下特殊的措施。將銅件機(jī)械加工后，首先在銅件表面電鍍一層與鋁銅互溶性好，同時(shí)其與鋁銅互溶后形成的合金具有良好導(dǎo)電性能的金屬，如銀、鎘、鎳、鈦等貴重金屬，作為過渡層，然后再在還原性的氣氛下將銅件預(yù)熱，將預(yù)熱后的銅件定位在鑄模中，最后澆鑄鋁合金溶液，完成鋁銅導(dǎo)電接頭的鑄造。采取該方法可使銅表面不易氧化，同時(shí)在澆鑄時(shí)，銅表面的金屬鍍層使鋁液易于在銅件表面濕潤，與鋁銅互溶性良好的鍍層金屬，同時(shí)向鋁液中擴(kuò)散，最終在鋁銅基體的連接部位形成平整的鋁-鍍層-鍍層-銅的連接界面。該連接界面既滿足了高強(qiáng)度的機(jī)械性能，同時(shí)又滿足了良好的導(dǎo)電性能。
用上述鑄造方法制作的導(dǎo)電接頭，銅和鋁兩種金屬的結(jié)合面是一種合金狀態(tài)的金屬過渡層(銅-鍍層-鍍層-鋁)，同時(shí)該結(jié)合面是在鋁金屬的完全包覆之下，不會(huì)直接受環(huán)境氣氛氧化腐蝕的影響，接頭的可靠性能和穩(wěn)定性能得到保證。另外，由于這種接頭是由液態(tài)鋁澆入鑄型包覆銅件而制成的，因而鋁銅接觸面的形狀幾乎不受限制，可以是任何形狀，從而為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電接頭的最優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。這種導(dǎo)電接頭完全能夠滿足嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)要求。
以下結(jié)合實(shí)施例附圖對本發(fā)明的鋁銅鑄造導(dǎo)電接頭及其方法做進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的一種鋁銅導(dǎo)電接頭的外形圖2是澆鑄前的銅件圖3是鋁銅結(jié)合部的電鏡結(jié)構(gòu)原材料的選擇銅材選用純度為99.7％的二號(hào)紫銅板。鋁材選用純度為99.7％的高純度的工業(yè)鋁錠。
將鋁在石墨坩堝爐中進(jìn)行熔化，保溫在740℃-780℃待用。
銅件根據(jù)需要加工成如圖2所示形狀，為了提高接頭的機(jī)械強(qiáng)度，銅件上分散加工了三個(gè)圓孔3，也可加工成一些槽。將機(jī)械加工后的銅件進(jìn)行鍍鎳處理。電鍍后的銅件經(jīng)堿煮清洗，再在還原性的氣氛下將其預(yù)熱至250℃-380℃度范圍內(nèi)保溫待用。
澆鑄采用金屬鑄型，鑄型預(yù)熱溫度200℃-400℃，鑄型內(nèi)預(yù)留出放置銅板的位置。
最后是合模，將預(yù)熱的銅件放入鑄型內(nèi)的預(yù)定位置，再將高溫鋁液向鑄模中澆注，凝固后即可出模，再在300℃-400℃的保溫爐中保溫3-4小時(shí)后取出進(jìn)行表面加工，切除澆鑄口，完成整個(gè)鋁銅導(dǎo)電接頭的鑄造過程。
圖1所示的導(dǎo)電接頭，就是本發(fā)明提供的方法所鑄造的一種鋁銅導(dǎo)電接頭示意圖，銅件1的大部分基體都包覆在鑄鋁基體2中，銅件1的上端外露用做導(dǎo)電端子。銅件基體的表面鍍有金屬過渡層3。
圖3是該導(dǎo)電接頭鋁銅結(jié)合部位的電鏡結(jié)構(gòu)圖。從中可以清晰的看出銅件1和鑄鋁2的中間是金屬鎳過渡層3，該金屬過渡層3的兩邊分別有銅與鍍層鎳互溶擴(kuò)散的合金層4和鋁與鍍層鎳互溶擴(kuò)散的合金層5。金屬過渡層3和其兩邊的合金層4、5共同組成了鋁銅的連接界面，該連接界面不僅具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的導(dǎo)電性能。
本方法鑄造的導(dǎo)電接頭用于鋅電解陰極板時(shí)，可實(shí)現(xiàn)陰極板與匯流排之間的搭接，即依靠陰極板的自重，銅件外露端直接與匯流排接觸，而達(dá)到電流的傳輸。這種連接方法是實(shí)現(xiàn)陰極板安裝機(jī)械化和采鋅機(jī)械化必不可少的先決條件。
權(quán)利要求
1.鋁銅鑄造導(dǎo)電接頭的成形方法，是將銅件預(yù)熱后與熔化狀態(tài)的鋁液在金屬鑄模中澆鑄，其特征在于銅件的表面鍍有一層與鋁、銅的互溶性好，且與鋁、銅互溶后形成的合金具有良好電性能的金屬，銅件的預(yù)熱是在一種還原性氣氛下進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁銅鑄造導(dǎo)電接頭的方法，其特征在于銅件的表面鍍鎳。
3.如權(quán)利要求1所述的鋁銅鑄造導(dǎo)電接頭的方法所鑄造的導(dǎo)電接頭，其特征在于銅件和鑄鋁之間有一層與鋁、銅的互溶性好，且與鋁、銅互溶產(chǎn)生的合金具有良好電性能的金屬層。
4.如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)電接頭，其特征在于銅與鋁的連接面被鋁包覆，銅與鋁之間有鋁-鍍層-鍍層-銅組成的連接界面。
5.如權(quán)利要求3、4所述的導(dǎo)電接頭，其特征在于鋁銅之間有鋁-鎳-鎳-銅組成的連接界面
6.如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電接頭，其特征在于被鋁澆鑄包覆的銅件加工有用于增強(qiáng)鋁銅連接強(qiáng)度的孔或槽。
全文摘要
一種用鋁銅鑄造導(dǎo)電接頭的方法及其產(chǎn)品,是將銅部基體經(jīng)表面處理后與熔化的鋁合金熔液澆鑄連接。本發(fā)明導(dǎo)電熱頭的銅部基體與鋁部基體的連接面,完全包覆在鋁部基體中,不受環(huán)境氣氛氧化腐蝕的影響,具有良好的可靠性能和穩(wěn)定性能。
文檔編號(hào)H01R4/62GK1270428SQ0010035
公開日2000年10月18日 申請日期2000年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月18日
發(fā)明者向世芬 申請人:西安市閻良區(qū)信成特種合金鑄造有限公司