一種鑄造導電接頭的制作方法與流程

本發明是一種基于鋁銅鑄造導電接頭的制作方法，主要涉及一種不同金屬的鑄造連接技術，尤其是一種鋁--銅鑄造導電接頭的技術。

背景技術：

鋁、銅由于具有優異的導電性能，而在電氣、冶金領域被大量采用。一般的導線、母線都是用這種金屬制作的，在現代生產的很多場合，常常需要將這兩種金屬連接起來以滿足大電流、低電壓、高效能用電設備設計的需要。

現有技術中，用鋁、銅作導電接頭，其連接方式主要用螺栓機械連接的導電接頭、用軋制壓焊連接的導電接頭。螺栓機械連接最為簡單，使用較為普遍，主要靠兩種金屬間接觸面的機械接觸，實現電流傳輸的，缺點是兩金屬的接觸面易發生氧化和電化學腐蝕，電阻增大，自然可靠性、穩定性變差。且用螺栓連接系手工操作，難以實現機械化。軋制和壓焊制作導電接頭，導電性和可靠性均優于機械連接，但這種連接需要專門的設備，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、銅連接制作導電接頭，日本提到在不同金屬特別是鑄鐵的表面先鍍鋁后再熔鑄。中國提到過大型銅鋁過渡接頭和銅鋁鑄造過渡設備端子，但對其如何鑄造的方法未見描述。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種連接強度高、導電性能好的鋁銅鑄造導電接頭的成形方法及其產品。眾所周知，不同種金屬制作導電接頭，其中兩個核心問題是不同種金屬之間的連接強度和導電性能。鑄造導電接頭機械強度的保證，除了要進行合理的形狀設計外，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合牢固。鋁銅中的各種雜質元素均能使其導電性能有不同程度的下降，要想取得良好的導電性能，這就要對鋁料和銅料的選擇及鋁料的熔化工藝嚴格要求。

這里不妨將導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加以控制，使得r1和r2降到最低。因此導電接頭總電阻的降低和機械強度的獲得，主要取決于鑄造過程中鋁銅連接部電阻r3的減低和鋁銅結合面強度的提高，這是本發明所致力解決的問題。

高溫鋁液與固體銅在短時間內接觸時，兩種金屬向各自方擴散，但因為向液體中擴散比向固體中擴散的速度快，故可姑且這么認為主要是銅向鋁中擴散，這樣鋁銅之間便會生成室溫下穩定的金屬間化合物al2cu，al2cu是脆性物質，熔點548℃，電阻率約為純鋁的六倍多，6b約為5mpa，完全不能滿足導電接頭的技術指標要求。

本發明在鑄造鋁銅導電接頭時，將固體狀態的銅件經過預熱(試驗中將銅件加熱至310℃--450℃保溫1--2小時)后，再行澆鑄。為了獲得結合強度高，電阻率低的導電接頭，本發明還采用了以下特殊的措施：將銅件機械加工后，首先在銅件表面電鍍一層與鋁銅互溶性好，同時其與鋁銅互溶后形成的合金具有良好導電性能的金屬，如鈦、鎘、銀、鎳等貴重金屬，作為過渡層，然后再在還原性的氣氛下將銅件預熱，將預熱后的銅件定位在鑄模中，最后澆鑄鋁合金溶液，完成鋁銅導電接頭的鑄造。采取該方法可使銅表面不易氧化，同時在澆鑄時，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，同時向鋁液中擴散，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度的機械性能，同時又滿足了良好的導電性能。

用上述鑄造方法制作的導電接頭，銅和鋁兩種金屬的結合面是一種合金狀態的金屬過渡層(銅-鍍層-鍍層-鋁)，同時該結合面是在鋁金屬的完全包覆之下，不會直接受環境氣氛氧化腐蝕的影響，接頭的可靠性能和穩定性能得到保證。另外，由于這種接頭是由液態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，從而為實現導電接頭的最優化設計創造了條件。這種導電接頭完全能夠滿足嚴格的技術指標要求。

附圖說明

圖1是本發明的一種鋁銅導電接頭的外形

圖2是澆鑄前的銅件

圖3是鋁銅結合部的電鏡結構。

具體實施方式

以下結合附圖實施例本發明的鋁銅鑄造導電接頭及其方法做進一步說明。原材料的選擇：銅材選用純度為99.8％的二號紫銅板。鋁材選用純度為99.8％的高純度的工業鋁錠。

（1）將鋁在石墨坩堝爐中進行熔化，保溫在745℃-785℃待用。銅件根據需要加工成如圖2所示形狀，為了提高接頭的機械強度，銅件上分散加工了三個圓孔3，也可加工成一些槽。（2）將機械加工后的銅件進行鍍鎳處理。電鍍后的銅件經堿煮清洗，再在還原性的氣氛下將其預熱至245℃-385℃度范圍內保溫待用。（3）澆鑄采用金屬鑄型，鑄型預熱溫度210℃-450℃，鑄型內預留出放置銅板的位置。（4）最后是合模，將預熱的銅件放入鑄型內的預定位置，再將高溫鋁液向鑄模中澆注，凝固后即可出模，（5）再在310℃-450℃的保溫爐中保溫3-4小時后取出進行表面加工，切除澆鑄口，完成整個鋁銅導電接頭的鑄造過程。

圖1所示的導電接頭，就是本發明提供的方法所鑄造的一種鋁銅導電接頭示意圖，銅件1的大部分基體都包覆在鑄鋁基體2中，銅件1的上端外露用做導電端子。銅件基體的表面鍍有金屬過渡層3。圖3是該導電接頭鋁銅結合部位的電鏡結構圖。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散的合金層4和鋁與鍍層鎳互溶擴散的合金層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械強度，同時具有良好的導電性能。

本發明方法鑄造的導電接頭用于鋅電解陰極板時，可實現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，而達到電流的傳輸。這種連接方法是實現陰極板安裝機械化和采鋅機械化必不可少的條件。

技術特征：

技術總結
一種鋁銅鑄造導電接頭的制作方法,是將銅部基體經表面處理后與熔化的鋁合金熔液澆鑄連接，導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,不受環境氣氛氧化腐蝕的影響,具有良好的可靠性能和穩定性能。

技術研發人員：劉程秀
受保護的技術使用者：劉程秀
技術研發日：2017.05.09
技術公布日：2017.09.26