專利名稱：一種具有高耐腐蝕性能的可錫焊鋁帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種具有高耐腐蝕性能的可錫焊鋁帶。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會的進(jìn)步，全球所面臨的資源、能源、環(huán)境問題將日益嚴(yán)峻。近年來，為了節(jié)約能源和材料、降低生產(chǎn)成本，各種金屬制品向著輕、薄、短、小的方向發(fā)展。鋁材具有質(zhì)輕，比強度好，導(dǎo)電導(dǎo)熱率高，易于回收，成本相對較低等諸多優(yōu)點，得到了越來越廣泛的使用。由鋁材加工制備而成的鋁及鋁合金帶(以下簡稱鋁帶)具有鋁材的優(yōu)良性能，首先，鋁帶的比重僅為鋼帶的三分之一，因此采用鋁帶代替鋼帶可顯著降低金屬制品的重量； 其次，鋁帶的導(dǎo)電性能好，鋁的導(dǎo)電系數(shù)為銅的60%，但密度僅為銅的三分之一，鋁的價格僅為銅的五分之一，因此以導(dǎo)電度計算，鋁帶的成本遠(yuǎn)低于銅帶；第三，鋁帶的導(dǎo)熱性能好， 鋁的熱傳導(dǎo)系數(shù)是鋼的3倍，密度僅為鋼帶的一半左右，使用鋁帶做熱傳導(dǎo)材料成本將大幅降低；第四，鋁還具有無毒、環(huán)保等優(yōu)點?；谏鲜鰞?yōu)點，鋁帶其在電子、能源、精密儀器、 汽車等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于鋁的耐酸、堿腐蝕性能較差，焊接性能差等缺點，使鋁帶的應(yīng)用受到了限制。為了克服上述缺點，本領(lǐng)域技術(shù)人員通常將鋁帶與耐腐蝕、易焊接的鎳結(jié)合起來。目前， 鋁帶與鎳的用于工業(yè)生產(chǎn)的連接方式主要有以下三種方式1、超聲波焊接。在軟包鋰離子電池的正極極耳材料的生產(chǎn)就是采用超聲波焊接的方式將鋁帶與鎳帶進(jìn)行連接，使其達(dá)到具有錫焊性能的目的。但是該方式鋁帶與鎳結(jié)合力不佳，生產(chǎn)效率較低，應(yīng)用范圍小，只能用于改善軟包鋰離子電池的正極機耳材料的制備， 無法廣泛應(yīng)用。2、電阻焊。目前也有采用電阻電焊的方式對鋁、鎳進(jìn)行連接。電阻電焊的原理是在工件連接點處通一定的電流，利用電流在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量將連接處的金屬熔化后實現(xiàn)焊接。從原理上看，電阻焊是利用電流的熱效應(yīng)進(jìn)行熱熔焊接，發(fā)熱效率很高，熱熔和焊接效果應(yīng)該很好。然而該方式廢品率較高，這是由于金屬鋁是一種質(zhì)地較為疏松的金屬材料，并且熔點較低，電阻率較小，鎳熔點較高，電阻率較大，因此這兩種金屬在熔點和電阻率上差別較大，導(dǎo)致熱量和電流主要集中在熔點較低的率界面上，若電流過小，即使鋁帶開始熔化，鎳帶還沒有變化；若將電流增大使鎳帶開始軟化或熔化，鋁帶則會容易因為電流過大被瞬間燒掉或炸開。3、鋁鎳復(fù)合帶。目前市場上應(yīng)用范圍最廣的高耐腐蝕性可錫焊鋁帶是鋁鎳復(fù)合帶，該帶材是將鋁薄帶和鎳薄帶通過熱軋的方式復(fù)合在一起，再經(jīng)過退火處理制備而成。但是鋁鎳復(fù)合帶的生產(chǎn)成本是普通鋁帶價格的10倍以上，高昂的價格限制了其應(yīng)用。針對以上問題，本領(lǐng)域技術(shù)人員提出了各種解決方式。中國專利CN101414673A中提到，在鋁帶上設(shè)有鍍鎳層，使鋁帶可以直接進(jìn)行焊接，不會造成脫焊。但是鋁帶上鍍鎳的各種方法均有不同的問題，采用目前的電鍍或化學(xué)鍍的方法在鋁帶兩側(cè)上鍍鎳，會造成鋁帶韌性變差，鋁帶十分容易斷裂，降低產(chǎn)品合格率和使用壽命；若用磁控濺射或真空蒸鍍的方法制備鋁帶鍍鎳，則制備極耳材料的成本較高。中國專利CN100396481C中提到，將兩片鎳薄帶分別疊置于單層鋁薄帶兩面，將電阻焊設(shè)備的正、負(fù)電極分別與鎳薄帶相連接，再開啟電阻焊設(shè)備實施焊接。該方法可以降低對焊接設(shè)備的要求，降低成本，同時焊接強度也較好。但是該焊接方法無法滿足面積較大的帶焊接鋁帶，同時生產(chǎn)工藝也比較繁瑣，無法進(jìn)行流水線生產(chǎn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種較高焊接性能且耐腐蝕性能較強的鋁帶及鋁合金帶(以下簡稱鋁帶)。該鋁帶不僅具有較好的錫焊性能，還具有良好的耐腐蝕性能，可廣泛應(yīng)用于電子、能源、精密儀器、汽車等眾多領(lǐng)域。一種具有高耐腐蝕性能的可錫焊鋁帶，以鋁或鋁合金帶材為基底，在基底的兩側(cè)均依次電鍍銅鍍層、鎳鈷合金鍍層、錫鎳合金鍍層。所述的鎳鈷合金鍍層中鈷含量為0. 5% 5%，所述的錫鎳合金鍍層中錫含量為 60% 95%。所述的銅鍍層厚度為0. 2 1. 0 μ m ；所述的鎳鈷合金鍍層厚度為0. 2 1. 0 μ m， 所述的錫鎳合金鍍層厚度為0. 2 1. 0 μ m。本實用新型的底層為銅鍍層，其厚度為0. 2 1. Ομπι。選銅鍍層作為底層是考慮到以下三個方面的因素1、鋁與鎳的熱膨脹系數(shù)相差較大，銅介于兩者之間，將銅鍍層作為多層鍍層的最底層，可以緩沖由于溫度變化而產(chǎn)生的基底與鎳鍍層之間的應(yīng)力，保證鍍層具有良好的結(jié)合力；2、鋁屬于兩性金屬，過高或過低的PH值都會導(dǎo)致鋁在電鍍時與金屬溶液發(fā)生置換反應(yīng)，污染溶液，降低鍍層結(jié)合力。電鍍銅鍍層采用弱堿性的焦磷酸鹽體系，電鍍時銅不會與鋁基底發(fā)生反應(yīng)，并且將鋁帶包覆，使其在酸性體系下電鍍鎳鈷合金時不會與溶液發(fā)生置換反應(yīng)。3、在銅鍍層上電鍍其他金屬簡便易行，結(jié)合力良好。鍍層厚度選為 0. 2 1. 0 μ m，若低于0. 2 μ m,無法起到有效的緩沖作用，且無法有效的包覆鋁帶基底，若高于1. 0 μ m,不會有明顯效果，同時增加成本。本實用新型的中間層為鎳鈷合金鍍層，其中鈷含量為0.5% 5(%，其厚度為 0.2 Ι.Ομπι。選用鎳鈷合金鍍層作為中間層，是由于鎳鈷合金鍍層具有較好的耐腐蝕性能，該鍍層可以有效的提高鋁帶的耐酸堿腐蝕性能，同時也可以提高鋁帶的表面硬度。該鍍層是采用脈沖電鍍的工藝制備而成，該工藝制備出的鎳鈷合金鍍層具有較好的結(jié)合力，同時較小的晶粒尺寸減少了鍍層的孔隙率，進(jìn)一步增強了鍍層的耐腐蝕性能，也降低了鍍層的內(nèi)應(yīng)力，提高了鍍層的韌性。該鍍層厚度選為0. 2 1. 0 μ m，低于0. 2 μ m，由于鍍層過薄無法體現(xiàn)出該鍍層較好的耐腐蝕性能；高于1 μ m，鍍層不會產(chǎn)生更加明顯的效果，同時會生產(chǎn)增加成本，還會增加內(nèi)應(yīng)力，降低鍍層韌性。本實用新型的表層為錫鎳合金鍍層，其中鍍層中錫的含量為60% 95%，其厚度為0. 4 1. 5 μ m。選用鎳錫合金鍍層作為表層，是由于鎳錫合金具有良好的錫焊性能，同時也具有較好的耐腐蝕性能，并且鎳錫合金鍍層與錫鍍層相比，硬度更高，不易產(chǎn)生劃痕，使所制備產(chǎn)品具有更好的外觀和抗劃傷性能。電鍍鎳錫合金鍍層采用焦磷酸鹽體系，同時添加1 10g/L的添加劑SN-112，使錫鎳能夠共沉積。鍍層厚度控制在0. 4 1. 5 μ m之間，過薄或者過厚都會影響錫焊性能。本實用新型采用多層膜結(jié)構(gòu)，在融合了各單層膜優(yōu)點的同時又相互彌補了各自的不足，并且產(chǎn)生了單層膜沒有的性質(zhì)1、多層膜結(jié)構(gòu)可以有效的提高鋁帶的耐腐蝕性能。鍍層結(jié)構(gòu)銅、鎳鈷合金、錫鎳合金的結(jié)構(gòu)，三層金屬中鎳的電位最低，基底鋁的電位低于鎳，但是被三層鍍層緊密的包覆在內(nèi)部，不會被腐蝕。鎳作為犧牲鍍層會被腐蝕，然而鎳鈷、鎳錫合金都具有較好的耐腐蝕性能，特別是鎳鈷合金鍍層，可以較好的阻擋酸、堿對鋁帶的腐蝕。同時，鎳、鈷、錫的電位相差很小，形成的原電池反應(yīng)緩慢，腐蝕速度十分緩慢，使得鋁帶的耐腐蝕性能、特別是耐酸堿腐蝕的性能得到了較大的提高。2、多層膜結(jié)構(gòu)可以改善鍍層的結(jié)合力。鋁與鎳錫合金的結(jié)合力較差，鎳鈷合金由于與鋁的熱膨脹系數(shù)相差較大，在鋁上直接電鍍鎳鈷合金也容易產(chǎn)生鍍層脫落，而銅的熱膨脹系數(shù)在鋁和鎳鈷合金之間，因此銅鍍層作為過渡層，可以將鋁基底與鎳鈷合金鍍層結(jié)合起來，在鋁帶進(jìn)行錫焊時，表層的鎳錫合金錫焊性能好，通過焊料與其他元件緊密結(jié)合在一起，不會出現(xiàn)脫焊的現(xiàn)象。錫焊時產(chǎn)生的熱量會是金屬發(fā)生熱膨脹，但是由于相鄰的金屬鍍層之間熱膨脹系數(shù)相差不大，因此也不會出現(xiàn)由于金屬膨脹而產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致鍍層脫落的現(xiàn)象。本實用新型的具有高耐腐蝕性能的可錫焊鋁帶的耐腐蝕性能好、錫焊性能高、鍍層結(jié)合力強的優(yōu)點。本實用新型的鋁帶其制備工藝簡便易行，可采用連續(xù)電鍍的方法進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量大、效果好，滿足鋁帶表面處理的要求，具有較高的應(yīng)用價值和推廣價值。

圖1為本發(fā)明帶材的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為基底，2為銅鍍層，3為鎳鈷合金鍍層，4為錫鎳合金鍍層。圖2為本發(fā)明帶材的制備工藝流程圖。
具體實施方式
以下實施例旨在說明本實用新型而不是對本實用新型的進(jìn)一步限定。(實施例)[0027]參見圖1，本實用新型以鋁或鋁合金帶材為基底1，在基底1的兩側(cè)均依次電鍍有銅鍍層2、鎳鈷合金鍍層3、錫鎳合金鍍層4。選用A1060H16，厚度0. 2mm的鋁帶作為基底材料，采用下述工藝，對其進(jìn)行處理。1、鋁帶表面前處理堿蝕、水洗、酸洗、水洗、浸鋅、水洗、酸洗、水洗、二次浸鋅、水洗；2、電沉積工藝電鍍銅、水洗；電鍍鎳鈷合金，水洗；電鍍鎳錫合金、水洗；烘干。3、電鍍后處理保溫除氫。上述各種溶液、鍍液的配方及處理工藝如下堿蝕溶液的配方及處理工藝NaOH 30 70g/L
5[0035]Na3PO4 20 50g/LNa2CO3 15 40g/L溫度30 50°C堿蝕時間lmin酸洗溶液的配方及處理工藝硝酸 1:1的硝酸溶液時間 Imin一次浸鋅溶液的配方及處理工藝ZnO 100g/LNaOH 450g/L酒石酸鉀鈉20g/LFeCl3 lg/L溫度25 °C時間60s二次浸鋅溶液的配方及處理工藝ZnO 30g/LNaOH 120g/L酒石酸鉀鈉60g/LFeCl3 lg/L溫度25 °C時間30s鍍銅溶液的配方及處理工藝Cu2P2O7 65g/L焦磷酸鉀300g/L檸檬酸銨 20g/L氨水3ml/LpH 8.5溫度45 °C電流密度 lA/dm2鍍鎳鈷合金溶液的配方及處理工藝
NiS04-6H20
200g/L
50g/L
15g/L
30g/L
0.1g/L
0.3ml/L
NiCl2-6H20
CoSO4-7H20
H3BO3
香豆素甲醛 脈沖電鍍工藝參數(shù)[0067]電流密度5A/dm2pH 值3.5i。n 20msi。ff 20ms溫度50°C陽極鎳板鍍鎳錫合金溶液的配方及處理工藝K4P2O7. 3H20 300g/L,NiSO4. 6H2045g/L,SnCl2. 2H2040g/L,十二烷基磺酸鈉lg/L、對苯二酚lg/L、糖精0. 8g/L ；添加劑SN-112 5g/L電鍍工藝參數(shù)電流密度2A/dm2陽極錫板、鎳板保溫除氫工藝溫度160°C時間15h按照上述工藝制備樣品，并對制備的樣品進(jìn)行如下測試。1、鍍層結(jié)合力測試。鍍層結(jié)合力采用GB/T9286_1998(百格試驗)進(jìn)行測試，其鍍層結(jié)合力良好，無方格脫落，結(jié)合強度0級，結(jié)合力良好。2、焊接性能測試。將兩個樣品進(jìn)行焊接，焊接面積為10*10mm，用HY-1080型萬能拉伸機對焊接好的樣品進(jìn)行拉伸，拉開力大于800N，焊接性能良好。3、耐腐蝕性能測試。對制備樣品取面積為100mm*100mm大小做酸性鹽霧試驗，結(jié)果如下表
權(quán)利要求1.一種具有高耐腐蝕性能的可錫焊鋁帶，其特征在于，以鋁或鋁合金帶材為基底，在基底的兩側(cè)均依次電鍍有銅鍍層、鎳鈷合金鍍層、錫鎳合金鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高耐腐蝕性能的可錫焊鋁帶，其特征在于，所述的銅鍍層厚度為0. 2 1. 0 μ m ；所述的鎳鈷合金鍍層厚度為0. 2 1. 0 μ m，所述的錫鎳合金鍍層厚度為0. 2 1.0 μ m。
專利摘要本實用新型公開了一種具有高耐腐蝕性能的可錫焊鋁帶，該鋁帶可廣泛的應(yīng)用于電子、能源、精密儀器、汽車等眾多領(lǐng)域，解決了鋁帶焊接困難的問題。本實用新型以鋁及鋁合金帶材(簡稱鋁帶)為基底，在其兩面均依次電鍍銅鍍層、鎳鈷合金鍍層、錫鎳合金鍍層，電鍍出的多層膜與基底具有良好的結(jié)合力，較強的耐腐蝕性能和較好的錫焊性能。本實用新型制備的鋁帶還可采用連續(xù)電鍍的方法進(jìn)行生產(chǎn)，滿足鋁帶表面處理的要求。
文檔編號C25D5/10GK202088562SQ201120162070
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者唐倫圓, 朱嶺, 杜超, 潘勇, 鄭軍, 雷維新 申請人:湘潭大學(xué)