权利要求
1.一种嵌入式
铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在铝板上开设嵌入腔，铜板的厚度大于嵌入腔的高度，当铜板放入到嵌入腔时，铜板的侧壁与嵌入腔的侧壁之间具有间隙，并且铜板伸出嵌入腔的部分的体积大于该间隙的体积;
S2：在嵌入腔的侧壁与铜板的侧壁之间形成Zn、Zn基、Ag、Ag基、Ni或Ni基中间层;
S3：通过冷挤压将铜板墩粗，使铜板的边缘向外凸出变形并使嵌入腔的侧壁同步发生凹陷变形，铝板、中间层和铜板进行挤压连接，制备得到铜铝线夹。
2.根据权利要求1所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，步骤S1中，所述嵌入腔为通孔、盲孔或设置在铝板边缘的缺口;当嵌入腔为通孔或盲孔时，嵌入腔呈任意形状;当嵌入腔为设置在铝板边缘的缺口时，其形状以铜板放置在嵌入腔中后不会从铝板边缘掉出为准。
3.根据权利要求1所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，在步骤S2中，将Zn、Zn基、Ag、Ag基、Ni或Ni基薄片直接放置在嵌入腔的侧壁与铜板的侧壁之间，形成中间层。
4.根据权利要求1所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，步骤S2中，所述中间层包括材质相同的第一中间层和第二中间层，所述第一中间层通过钎焊、喷涂、电镀、或化学镀的方式覆着于嵌入腔的侧壁，所述第二中间层通过钎焊、喷涂、电镀、或化学镀的方式覆着于铜板的侧壁，并且第一中间层和第二中间层的成型方式一致。
5.根据权利要求1所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，步骤S3中，先通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加20MPa-80MPa压力并保压，对铜板进行墩粗，然后将铜板和铝板放入加热炉中进行加热，加热温度为220℃-450℃，加热完成后保温10min-100min，炉温自然冷却到100℃以下后卸压，得到铜铝线夹。
6.根据权利要求1所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，步骤S3中，墩粗过程采用分段加温加压的方式，包括以下步骤：
S31：将铜板、铝板和冷加压模具均放入加热炉中;
S32：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加18MPa-20MPa压力，保压5min-30min，对铜板进行第一次墩粗;
S33：通过加热炉将铜板和铝板加热至200℃-400℃，加压至60MPa-80Mpa，保温保压10min-50min，对铜板进行第二次墩粗;
S34：通过加热炉将铜板和铝板加热至400℃-450℃，降载至50MPa-70Mpa，保温保压10min-50min分钟;
S35：降温至320℃，保温保压10min-50min;
S36：随炉降温至100℃以下后，得到铜铝线夹。
7.根据权利要求1所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，步骤S3中，墩粗过程采用先分段加压，再加温的方式，包括以下步骤：
S301：铜板、铝板组合后放入冷加压模具中;
S302：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加18MPa-20MPa压力，保压2min-5min，对铜板进行第一次墩粗;
S303：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加40MPa-60MPa压力，保压2min-10min，对铜板进行第二次墩粗;
S304：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加60MPa-80MPa压力，保压2min-10min，对铜板进行第三次墩粗;
S305：在40MPa-80Mpa的保压状态下，通过加热炉将墩粗后的铜板和铝板加热至400℃-450℃，保温保压10min-50min;
S306：降温至320℃，保温保压10-50分钟;
S307：随炉降温至100℃以下后，得到铜铝线夹。
8.根据权利要求5至7任一项所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，在加压和保压过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中，和/或在加热和降温过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中。
9.根据权利要求1所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，其特征在于，步骤S3之后还具有步骤S4：对铜铝线夹的两侧进行机械加工，使得铜板表面与铝板表面齐平。
10.一种基于权利要求1至9任一项所述的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺制备得到的铜铝复合线夹。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及铜铝线夹技术领域，具体涉及一种嵌入式铜铝复合线夹制备工艺及铜铝复合线夹。
背景技术
[0002]线夹是变电站重要的连接部件，为了节约铜的使用，目前一般采用铜、铝两种板材进行连接，形成铜铝复合线夹。目前，对于铜、铝板材进行连接时，可以通过螺栓进行机械连接，此时铜板和铝板重叠在一起并通过螺栓进行连接，还可以通过钎焊进行不可拆卸连接，此时铜板和铝板可以重叠设置，也可以对接设置，也可以嵌入设置。
[0003]铜板与铝板通过钎焊进行焊接时，在铜板与铝板之间会形成较多的铝-铜化合物，铝-铜化合物的存在会增大电阻，在通电状态时，铝-铜化合物会产生较大的热量，从而降低铜板与铝板之间的连接强度，导致铜板与铝板之间脱落，影响电力的输送，此外，在升温过程中，铜、铝由于热膨胀系数具有差别而引起热疲劳和热蠕变，影响铜板与铝板之间的连接性能。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种嵌入式铜铝复合线夹制备工艺及铜铝复合线夹，以解决现有铜铝复合线夹在钎焊过程中会形成较多的铝-铜化合物，导致连接性能较低的问题。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006]一种嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，包括以下步骤：
[0007]S1：在铝板上开设嵌入腔，铜板的厚度大于嵌入腔的高度，当铜板放入到嵌入腔时，铜板的侧壁与嵌入腔的侧壁之间具有间隙，并且铜板伸出嵌入腔的部分的体积大于该间隙的体积;
[0008]S2：在嵌入腔的侧壁与铜板的侧壁之间形成Zn、Zn基、Ag、Ag基、Ni或Ni基中间层;
[0009]S3：通过冷挤压将铜板墩粗，使铜板的边缘向外凸出变形并使嵌入腔的侧壁同步发生凹陷变形，铝板、中间层和铜板进行挤压连接，制备得到铜铝复合线夹。
[0010]进一步地，步骤S1中，所述嵌入腔为通孔、盲孔或设置在铝板边缘的缺口;当嵌入腔为通孔或盲孔时，嵌入腔呈任意形状;当嵌入腔为设置在铝板边缘的缺口时，其形状以铜板放置在嵌入腔中后不会从铝板边缘掉出为准。
[0011]进一步地，在步骤S2中，将Zn、Zn基、Ag、Ag基、Ni或Ni基薄片直接放置在嵌入腔的侧壁与铜板的侧壁之间，形成中间层。
[0012]进一步地，步骤S2中，所述中间层包括材质相同的第一中间层和第二中间层，所述第一中间层通过钎焊、喷涂、电镀、或化学镀的方式覆着于嵌入腔的侧壁，所述第二中间层通过钎焊、喷涂、电镀、或化学镀的方式覆着于铜板的侧壁，并且第一中间层和第二中间层的成型方式一致。
[0013]进一步地，步骤S3中，先通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加20MPa-80MPa压力并保压，对铜板进行墩粗，然后将铜板和铝板放入加热炉中进行加热，加热温度为220℃-450℃，加热完成后保温10min-100min，炉温自然冷却到100℃以下后卸压，得到铜铝复合线夹。
[0014]进一步地，步骤S3中，墩粗过程采用分段加温方式，包括以下步骤：
[0015]S31：将铜板、铝板和冷加压模具均放入加热炉中;
[0016]S32：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加18MPa-20MPa压力，保压5min-30min，对铜板进行第一次墩粗;
[0017]S33：通过加热炉将铜板和铝板加热至200℃-400℃，加压至60MPa-80Mpa，保温保压10min-50min，对铜板进行第二次墩粗;
[0018]S34：通过加热炉将铜板和铝板加热至400℃-450℃，降载至50MPa-70Mpa，保温保压10min-50min分钟;
[0019]S35：降温至320℃，保温保压10min-50min;
[0020]S36：随炉降温至100℃以下后，得到铜铝复合线夹。
[0021]进一步地，步骤S3中，墩粗过程采用分段加压方式，包括以下步骤：
[0022]S301：铜板、铝板组合后放入冷加压模具中;
[0023]S302：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加18MPa-20MPa压力，保压2min-5min，对铜板进行第一次墩粗;
[0024]S303：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加40MPa-60MPa压力，保压2min-10min，对铜板进行第二次墩粗;
[0025]S304：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加60MPa-80MPa压力，保压2min-10min，对铜板进行第三次墩粗;
[0026]S305：在40MPa-80Mpa的保压状态下，通过加热炉将墩粗后的铜板和铝板加热至400℃-450℃，保温保压10min-50min;
[0027]S306：降温至320℃，保温保压10-50分钟;
[0028]S307：随炉降温至100℃以下后，得到铜铝复合线夹。
[0029]进一步地，在加压和保压过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中，和/或在加热和降温过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中。
[0030]进一步地，步骤S3之后还具有步骤S4：对铜铝复合线夹的两侧进行机械加工，使得铜板表面与铝板表面齐平。
[0031]一种基于上述嵌入式铜铝复合线夹制备工艺制备得到的铜铝复合线夹。
[0032]本发明具有以下有益效果：
[0033](1)本发明采用Zn、Zn基、Ag、Ag基、Ni或Ni基材料在一定压力和温度下连接，形成铜和铝之间中间区域，并和铜及铝分别形成冶金结合，减少了铜和铝形成不利于电气性能的金属间组织相和金属氧化物，具有组织致密，减少界面缺陷，降低电阻，提高连接性能，缓冲热应力，平衡整体热膨胀系数的特点，具有较好的电力性能和抗热疲劳和蠕变性能。
[0034](2)本发明通过冷挤压的方式对铜板进行墩粗，使得铜板的侧壁和嵌入腔的侧壁发生变形，形成曲面连接形态，增加接触面积，提升力学咬合与散热，提高了咬合界面强度，减少应力集中，吸收膨胀差，兼顾多向承载，延长疲劳寿命，有利于铜和铝在循环温度不断变化下提高由于线膨胀系数较大差别引起热应力疲劳和热蠕变性能，使铜铝复合线夹满足电力或电子设备中的重要连接部件需求，尤其较高温环境下的应用。
附图说明
[0035]图1为本发明实施例提供的嵌入式铜铝复合线夹制备工艺的流程图;
[0036]图2为本发明实施例提供的嵌入腔为通孔或盲孔时铜板和铝板的连接结构示意图，其中(a)、(b)、(c)、(d)中的嵌入腔分别呈圆形、矩形、三角形和多边形;
[0037]图3为本发明实施例提供的嵌入腔为缺口时铜板和铝板的连接结构示意图，其中(a)、(b)中的嵌入腔分别呈梯形和大割圆;
[0038]图4为本发明实施例提供的铜板墩粗时的结构示意图。
[0039]图中：10-铝板;11-第一中间层;20-铜板;21-第二中间层。
具体实施方式
[0040]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0041]实施例1：
[0042]请参照图1，本实施例提供一种嵌入式铜铝复合线夹制备工艺，包括以下步骤：
[0043]S1：在铝板10上开设嵌入腔，铜板20与嵌入腔匹配，使铜板20能嵌入到嵌入腔中，并且铜板20的厚度大于嵌入腔的高度，当铜板20放入到嵌入腔时，铜板20的侧壁与嵌入腔的侧壁之间具有间隙，并且铜板20伸出嵌入腔的部分的体积大于该间隙的体积;
[0044]S2：对嵌入腔的侧壁和铜板20的侧壁进行打磨和清洗，清洗剂包括但不限于酒精和丙酮;
[0045]S3：在嵌入腔的侧壁和铜板20的侧壁之间分别形成Zn、Zn基、Ag、Ag基、Ni或Ni基中间层;
[0046]S4：将铜板20放入嵌入腔中，通过冷挤压将铜板20墩粗，使铜板20的边缘向外凸出变形并使嵌入腔的侧壁同步发生凹陷变形，铝板、中间层和铜板进行挤压连接，制备得到铜铝线夹;
[0047]S5：对铜铝线夹的两侧进行机械加工，使得铝板10和铜板20的表面齐平;机械加工可以是通过车削进行加工，也可以通过打磨的方式进行加工。在加工完成后，还可以再对铜板20进行打孔操作，以便后续与电线的连接。
[0048]由于铜板20和铝板10分别设置有中间层，减少了铜和铝形成不利于电气性能的金属间组织相和金属氧化物，具有组织致密，减少界面缺陷，降低电阻，提高连接性能，缓冲热应力，平衡整体热膨胀系数的特点，具有较好的电力性能和抗热疲劳和蠕变性能。
[0049]步骤S1中，嵌入腔可以为通孔、盲孔或设置在铝板10边缘的缺口。当嵌入腔为通孔或盲孔时，请参照图2，嵌入腔的形状可以呈圆形、矩形、三角形、多边形或其他任意形状，只要能满足铝板10和铜板20之间的连接性能以及对应标准要求即可，显然为了增加接触面积，还可以设置为梯形或多级台阶状等。当嵌入腔为设置在铝板10边缘的缺口时，请参照图3，嵌入腔形状可以呈梯形或大割圆等，具体形状以铜板20能放置在嵌入腔中后不会从铝板10的边缘掉出为准。当嵌入腔为通孔时，铜板20的两板面均伸出嵌入腔，当嵌入腔为盲孔时，铜板20的一端位于嵌入腔内，另一端伸出嵌入腔，当嵌入腔为缺口时，铜板20的两板面均伸出嵌入腔。
[0050]步骤S3中，中间层可以是独立成型，如将Zn、Zn基、Ag、Ag基、Ni或Ni基薄片直接放置在嵌入腔的侧壁与铜板20的侧壁之间，从而形成中间;中间层还可以是提前覆着在嵌入腔的侧壁和铜板20的侧壁上的，具体低，中间层包括第一中间层和第二中间层，第一中间层通过钎焊、喷涂、电镀、或化学镀的方式覆着于嵌入腔的侧壁，第二中间层通过钎焊、喷涂、电镀、或化学镀的方式覆着于铜板20的侧壁，并且第一中间层和第二中间层的成型方式一致，如均采用钎焊的方式。在本实施例中，采用在嵌入腔的侧壁和铜板20的侧壁分别覆着中间层的方式。
[0051]步骤S4中，墩粗过程为：先通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加20MPa-80MPa压力并保压，对铜板进行墩粗，然后将铜板和铝板放入加热炉中进行加热，加热温度为220℃-450℃，加热完成后保温10min-100min，炉温自然冷却到100℃以下后卸压，得到铜铝线夹。
[0052]在加压和保压过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中，和/或在加热和降温过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中。
[0053]请参照图4，由于嵌入放置的原因，即使嵌入腔为通孔或缺口，在墩粗时，铜板20也仅一端完全伸出铝板10，另一端与铝板10齐平，此时墩粗时，铜板20在铝板10外侧和铝板10内侧均呈鼓状，因此需要对墩粗后的铜铝线夹进行加工或打磨等，使得铝板10与铜板20齐平。
[0054]在本实施例中，当嵌入腔为缺口时，墩粗之前，在铝板10开设缺口的侧面通过限位块对铜板20进行阻挡，限位块的材质以硬度大于铝和铜的硬度为准，此种设置能保证在墩粗过程中铜板20的侧壁与嵌入腔侧壁能进行曲面变形，形成曲面连接形态。
[0055]本实施例在对铜板20进行墩粗时，使得铜板20的侧壁和嵌入腔的侧壁发生变形，形成曲面连接形态，使铝板10、铜板20和中间层连接在一起，如此形成的连接结构能有效避免铜板20与铝板10之间在垂直于板面的方向上的脱落，此外，对于铜铝线夹在使用过程中由于大电流致使出现较大的温度变化，此种结构可以有效减小铜和铝由于热膨胀系数差别而引起两者的热疲劳和热蠕变。
[0056]本实施例的加热过程能促使中间物质和铝板10及铜板20的相互扩散，从而实现超塑形扩散，实现冶金连接。
[0057]本实施例还提供一种通过上述嵌入式铜铝复合线夹制备工艺制备得到的铜铝线夹。
[0058]表1为不同试样类型的试样的电阻率测试、弯曲180°试验以及加热到300℃试验，其中，纯Zn、纯Ag、纯Ni、纯Al的重量比均≥99.9%，Zn基材料采用Zn-Al-Cu材料，重量比分别为97.0%、2.5%和0.5%，Ag基材料采用Ag-Ni材料，重量比分别为90.0%和10.0%，Ni基材料采用Ni-Cr-Si-B材料，重量比分别为84.0%、8.0%、4.5%和3.5%，试样尺寸均为长100mm*宽40mm*厚5mm，测量点为铜板20的中心和铝板10远离铜板20的一端，两个测量点的间距为60mm，测得两个测量点之间的电阻值，单位：uΩ，对于纯Al线夹，两个测量点的间距满足60mm即可。
[0059]可见，本申请的各类试样的电阻率均低于纯Al线夹试样的电阻率，弯曲180°试验以及加热到300℃试验均能满足标准DLT346-2023的要求，均满足使用要求。
[0060]表1 铜铝线夹试样性能对比表
[0061]
[0062]实施例2：
[0063]本实施例与实施例1的区别在于：墩粗的方式不同，本实施例的墩粗过程采用分段加温加压的方式，包括以下步骤：
[0064]S41：将铜板、铝板和冷加压模具均放入加热炉中;
[0065]S42：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加18MPa-20MPa压力，保压5min-30min，对铜板进行第一次墩粗;
[0066]S43：通过加热炉将铜板和铝板加热至200℃-400℃，加压至60MPa-80Mpa，保温保压10min-50min，对铜板进行第二次墩粗;
[0067]S44：通过加热炉将铜板和铝板加热至400℃-450℃，降载至50MPa-70Mpa，保温保压10min-50min分钟;
[0068]S45：降温至320℃，保温保压10min-50min;
[0069]S46：随炉降温至100℃以下后，得到铜铝线夹。
[0070]本实施例中，在加压和保压过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中，和/或在加热和降温过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中。
[0071]在本实施例中通过两次墩粗成型，第一次墩粗用于充满铝板10与第一中间层11之间、铜板20与第二中间层12之间的间隙，或者充满第一中间层11和第二中间层21之间的间隙，使界面紧密接触，破坏表面氧化层，界面形成高塑性变形区。第二次升温采用梯度升温的方式，即升温速度为5-15℃/min，第二次墩粗为主挤压，用于第一中间层11和第二中间层21的结合。分段式墩粗成型可平衡界面结合与强度。
[0072]实施例3：
[0073]本实施例与实施例1的区别在于：墩粗的方式不同，本实施例的墩粗过程采用先分段加压，再加温的方式，包括以下步骤：
[0074]S301：铜板、铝板组合后放入冷加压模具中;
[0075]S302：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加18MPa-20MPa压力，保压2min-5min，对铜板进行第一次墩粗;
[0076]S303：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加40MPa-60MPa压力，保压2min-10min，对铜板进行第二次墩粗;
[0077]S304：通过冷加压模具的上、下压板对铜板的两板面施加60MPa-80MPa压力，保压2min-10min，对铜板进行第三次墩粗;
[0078]S305：在40MPa-80Mpa的保压状态下，通过加热炉将墩粗后的铜板和铝板加热至400℃-450℃，保温保压10min-50min;
[0079]S306：降温至320℃，保温保压10-50分钟;
[0080]S307：随炉降温至100℃以下后，得到铜铝线夹。
[0081]本实施例中，在加压和保压过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中，和/或在加热和降温过程中，铜板和铝板位于真空、惰性气体或还原性气体环境中。
[0082]本实施例采用先分段加压，再加温的大塑性变形方式，可以使铜铝结合界面形成曲率较大的鼓形或凸凹形曲面。具有较好的的铜铝结合作用，同时铜铝复合线夹制备的时间相对少，生产效率高。
[0083]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(4)
声明：
“嵌入式铜铝复合线夹制备工艺及铜铝复合线夹” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：宜宾华航机械有限责任公司
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