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
技術領域：
本實用新型屬于材料加工領域，具體涉及一種具有高耐腐蝕性能的可錫焊鋁帶。
背景技術：
隨著經濟的發展、社會的進步，全球所面臨的資源、能源、環境問題將日益嚴峻。近年來，為了節約能源和材料、降低生產成本，各種金屬制品向著輕、薄、短、小的方向發展。鋁材具有質輕，比強度好，導電導熱率高，易于回收，成本相對較低等諸多優點，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，鋁帶的導電性能好，鋁的導電系數為銅的60%，但密度僅為銅的三分之一，鋁的價格僅為銅的五分之一，因此以導電度計算，鋁帶的成本遠低于銅帶；第三，鋁帶的導熱性能好， 鋁的熱傳導系數是鋼的3倍，密度僅為鋼帶的一半左右，使用鋁帶做熱傳導材料成本將大幅降低；第四，鋁還具有無毒、環保等優點。基于上述優點，鋁帶其在電子、能源、精密儀器、 汽車等眾多領域得到了廣泛應用。但由于鋁的耐酸、堿腐蝕性能較差，焊接性能差等缺點，使鋁帶的應用受到了限制。為了克服上述缺點，本領域技術人員通常將鋁帶與耐腐蝕、易焊接的鎳結合起來。目前， 鋁帶與鎳的用于工業生產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就是采用超聲波焊接的方式將鋁帶與鎳帶進行連接，使其達到具有錫焊性能的目的。但是該方式鋁帶與鎳結合力不佳，生產效率較低，應用范圍小，只能用于改善軟包鋰離子電池的正極機耳材料的制備， 無法廣泛應用。2、電阻焊。目前也有采用電阻電焊的方式對鋁、鎳進行連接。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產生大量的熱量將連接處的金屬熔化后實現焊接。從原理上看，電阻焊是利用電流的熱效應進行熱熔焊接，發熱效率很高，熱熔和焊接效果應該很好。然而該方式廢品率較高，這是由于金屬鋁是一種質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、鋁鎳復合帶。目前市場上應用范圍最廣的高耐腐蝕性可錫焊鋁帶是鋁鎳復合帶，該帶材是將鋁薄帶和鎳薄帶通過熱軋的方式復合在一起，再經過退火處理制備而成。但是鋁鎳復合帶的生產成本是普通鋁帶價格的10倍以上，高昂的價格限制了其應用。針對以上問題，本領域技術人員提出了各種解決方式。中國專利CN101414673A中提到，在鋁帶上設有鍍鎳層，使鋁帶可以直接進行焊接，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鍍的方法在鋁帶兩側上鍍鎳，會造成鋁帶韌性變差，鋁帶十分容易斷裂，降低產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，將電阻焊設備的正、負電極分別與鎳薄帶相連接，再開啟電阻焊設備實施焊接。該方法可以降低對焊接設備的要求，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，同時生產工藝也比較繁瑣，無法進行流水線生產。
實用新型內容本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足，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，可廣泛應用于電子、能源、精密儀器、汽車等眾多領域。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生的基底與鎳鍍層之間的應力，保證鍍層具有良好的結合力；2、鋁屬于兩性金屬，過高或過低的PH值都會導致鋁在電鍍時與金屬溶液發生置換反應，污染溶液，降低鍍層結合力。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生反應，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生置換反應。3、在銅鍍層上電鍍其他金屬簡便易行，結合力良好。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合力，同時較小的晶粒尺寸減少了鍍層的孔隙率，進一步增強了鍍層的耐腐蝕性能，也降低了鍍層的內應力，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出該鍍層較好的耐腐蝕性能；高于1 μ m，鍍層不會產生更加明顯的效果，同時會生產增加成本，還會增加內應力，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，不易產生劃痕，使所制備產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構，在融合了各單層膜優點的同時又相互彌補了各自的不足，并且產生了單層膜沒有的性質1、多層膜結構可以有效的提高鋁帶的耐腐蝕性能。鍍層結構銅、鎳鈷合金、錫鎳合金的結構，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、多層膜結構可以改善鍍層的結合力。鋁與鎳錫合金的結合力較差，鎳鈷合金由于與鋁的熱膨脹系數相差較大，在鋁上直接電鍍鎳鈷合金也容易產生鍍層脫落，而銅的熱膨脹系數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合起來，在鋁帶進行錫焊時，表層的鎳錫合金錫焊性能好，通過焊料與其他元件緊密結合在一起，不會出現脫焊的現象。錫焊時產生的熱量會是金屬發生熱膨脹，但是由于相鄰的金屬鍍層之間熱膨脹系數相差不大，因此也不會出現由于金屬膨脹而產生應力導致鍍層脫落的現象。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、鍍層結合力強的優點。本實用新型的鋁帶其制備工藝簡便易行，可采用連續電鍍的方法進行生產，生產成本低、產量大、效果好，滿足鋁帶表面處理的要求，具有較高的應用價值和推廣價值。
圖1為本發明帶材的結構示意圖；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[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，并對制備的樣品進行如下測試。1、鍍層結合力測試。鍍層結合力采用GB/T9286_1998(百格試驗)進行測試，其鍍層結合力良好，無方格脫落，結合強度0級，結合力良好。2、焊接性能測試。將兩個樣品進行焊接，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，結果如下表
權利要求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，在基底的兩側均依次電鍍有銅鍍層、鎳鈷合金鍍層、錫鎳合金鍍層。
2.根據權利要求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，該鋁帶可廣泛的應用于電子、能源、精密儀器、汽車等眾多領域，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電鍍的方法進行生產，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 優先權日2011年5月20日
發明者唐倫圓, 朱嶺, 杜超, 潘勇, 鄭軍, 雷維新 申請人:湘潭大學