专利名称：载流金具超声波热浸锡及铜铝过渡载流金具双变性复合粘接的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力传输系统中的载流金具的粘结方法，具体是指一种载流金具超声波热浸锡铜铝过渡及双变性复合粘接工艺，属于金属复盖层技术领域。
背景技术：
电力金具在电力系统运行中起着主导的作用，对电网的安全运行、经济运行至关重要。铝、铜变电载流金具是电力运行中导线的连接件，而铝、铜载流金具接触面的接触电阻直接影响着电力系统运行的安全性、可靠性、经济性，接触电阻是接续电阻的一部分，是衡量电力金具产品质量的重要技术、经济指标。接触面接触不良，将使接触面的接触电阻增加，运行中将导致接触面发热，增加电能损耗，严重者，将使接触面烧焦、烧毁，造成停电事故；特别是对于室外运行的载流金具，由于风吹、日晒、雨淋以及环境的污染、侵蚀，使接触面氧化、腐蚀，接触电阻逐步增加，对电力系统的安全运行潜伏着危险和威胁。《电力金具通用技术条件》GB2314-1997标准中对载流金具接触面的接触电阻有明确的指标要求“导线接续处两端点之间的电阻，对于压缩型金具，应不大于同样长度导线的电阻；对于非压缩型金具，应不大于同样长度导线电阻的1.1倍。”由于载流金具接触面的接触电阻是接续电阻的一部分，所以，降低载流金具接触面接触电阻是提高电力金具产品质量的关键。而降低载流金具接触面接触电阻，除了提高电力金具产品的材料质量、接触面平整度、光洁度外，提高接触面的耐腐蚀性，也是改善金具接触性能、降低接触电阻的关键。
目前，一般铝、铜载流金具接触面均无加金属覆盖层，因而易于氧化、腐蚀，降低接触性能，增加接触电阻，运行中容易产生发热，增加电能损耗，对金具运行不利。
另外，铝、铜两种金属的接触电位是不同的，铜是正电位，铝是负电位，当这两种金属互相接触时，将引起电势腐蚀，降低接触性能，增加接触电阻。目前国内对于铜铝过渡载流金具的粘结一般采用钎焊方法，采用钎焊方法存在一些弊病，GB2314-1997标准中明确要求两种接触电位不同的金属相互间接触时，需采取特殊措施，对钎焊工艺制造的铜铝过渡金具，要求铜与铝表面复合粘结面积应不小于总接触面的75％。但由于钎焊粘结剂中含有化学剂，易于产生化学腐蚀，铜铝结合电位不同产生电腐蚀，结合力差，因此常常造成铜铝腐蚀、脱落，给金具运行带来不安全因素。
发明内容
本发明的目的是为了解决铝、铜载流金具接触面易于氧化、腐蚀所造成的降低接触性能，增加接触电阻的问题，以及钎焊粘接结合力差，易腐蚀脱落等问题，提供一种载流金具超声波热浸锡及铜铝过渡载流金具双变性复合粘接的方法。
本发明所提供的一种载流金具超声波热浸锡及铜铝过渡载流金具双变性复合粘接方法，包括在铝、铜载流金具接触面进行超声波热浸锡及铜铝过渡超声波热浸锡双变性复合粘结两个工艺步骤，具体工艺方法如下(1)将铝、铜载流金具接触面进行超声波热浸锡的操作程序①清理毛刺将载流金具接触面周边毛刺清理干净，待浸锡；②保温箱予热将待浸锡件放入保温箱预热，预热温度为150℃～200℃，恒温时间为10-15分钟；③锡槽超声波热浸锡将预热至150℃～200℃的待浸锡件放入浸锡机锡槽中进行超声波热浸锡，锡槽温度为320℃-350℃，浸锡时间铝为1.5-3分钟，铝合金为2-4分钟，铜为8-12分钟；④把浸锡件从锡槽中取出，在浸锡件锡层尚未冷却状态下，用纯棉布把浸锡面周边毛刺清理干净，待粘结；(2)铜铝过渡超声波热浸锡双变性复合粘结操作程序①将上述浸锡件待粘结面周边毛刺修理干净；②将待粘结的铜制浸锡件放入回火锡槽进行回火，回火温度为350℃～360℃；③将回火后的铜制浸锡件在专用平台上调平，不平度不大于0.03mm；④对待粘结的铝制浸锡件放入保温箱中预热至150℃～200℃；⑤把待粘结的铜制浸锡件、铝制浸锡件分别从回火锡槽、预热保温箱中取出，并放入浸锡机进行热浸锡，锡槽温度为320℃~350℃，浸锡时间为铜板4～6分钟，铝件为1～2分钟，铝合金件为2～5分钟；⑥从锡槽中同时取出铜制件与铝制件放于平板工作台上进行粘结，将铜制件与铝制件对接好，用专用工具压紧8～15秒钟，并把周边毛刺清理干净；⑦粘结完毕，检查粘结质量。
本发明所提供的铝、铜载流金具接触面超声波浸锡，通过超声波热浸锡，可以把铝、铜表面的氧化层除去，同时把锡打到基体金属铝、铜晶格中，相互扩散，形成铝锡、铜锡合金层，具有很好的结合力；同时锡是较软的、有展性的银白色金属，不宜脱落，具有较好的防腐能力，通过热浸锡，表面的平整度、光洁度也得到了提高。
铜铝过渡载流金具超声波热浸锡粘结是一种双变性复合粘结，它既不同于钎焊接，又不同于电镀，这种粘结，是在Cu-Sn与Al-Sn界面上形成了CuSn与AlSn合金层，并通过Sn把这两个合金层结合起来，形成了稳定的结合，具有很强的结合力，并且，粘结面积可以达到100％。这种粘结，铜板与铝基体既不直接接触，但同时又通过锡，把铜板与铝基体粘结到一起，解决了两种接触电位不同的金属，直接接触所产生的电势腐蚀，既无电势腐蚀，又无化学腐蚀，具有很好的结合性能。
本发明的有益效果在于1、铝、铜载流金具接触面超声波热浸锡，可以使其在铝-锡、铜-锡界面上形成铝锡、铜锡合金层，提高载流金具接触面的平整度、光洁度，提高防腐性能，接触性能，降低接触电阻，延长运行寿命，降低电能损耗。
2、铜铝过渡载流金具超声波热浸锡双变性复合粘结，可以使其在铝-锡和铜-锡界面上形成铝锡和铜锡合金层，又通过锡把铜与铝结合在一起，解决了铜铝两种接触电位不同金属相互接触而产生的电势腐蚀问题，提高了载流金具接触面的接触性能，降低接触电阻，防止了电势腐蚀和化学腐蚀，提高了金具的运行寿命。
图1是铜、铝载流金具接触面超声波热浸锡工艺流程2是铜铝过渡载流金具超声波热浸锡双变性复合粘结工艺流程图具体实施方式
本发明所提供的一种铜、铝载流金具超声波热浸锡及铜铝过渡载流金具双变性复合粘接方法，是将铜、铝载流金具接触面先进行超声波热浸锡处理，然后再将浸锡处理后的铜、铝载流金具进行超声波热浸锡双变性复合粘接，所用设备为1、H43-120超声波喷射浸锡机，无锡超声电子设备厂生产；2、101-2A型数显电热鼓风机干燥(保温)箱，上海津南科学仪器联营厂生产；3、XMT数显调节仪控制的恒温锡槽，余姚市工业仪器厂生产；锡槽中所用材料为纯度99.99％的锡，另加总量0.3％～0.5％的锌。
工艺流程分两步。第一步是将铜、铝载流金具接触面进行超声波热浸锡，工艺流程如图1所示；第二步是铜铝过渡载流金具超声波热浸锡双变性复合粘工艺流程如图1所示；第二步是铜铝过渡载流金具超声波热浸锡双变性复合粘结，工艺流程如图2所示。
实施例一1.将铜、铝载流金具接触面进行超声波热浸锡的操作程序①清理毛刺将载流金具接触面周边毛刺清理干净，待浸锡；②保温箱予热将待浸锡件放入101-2A型数显电热鼓风机保温箱进行保温予热，预热温度为150℃，恒温时间为15分钟；③锡槽超声波热浸锡将预热至150℃的待浸锡件放入H43-120超声波喷射浸锡机的锡槽中进行超声波热浸锡，锡槽温度为350℃，浸锡时间铝为2分钟，铝合金为2.5分钟，铜为10分钟；④把浸锡件从锡槽中取出，在浸锡件锡层尚未冷却状态下，用纯棉布把浸锡面周边毛刺清理干净，待粘结；2.铜铝过渡载流金具超声波热浸锡双变性复合粘结操作程序①将上述工艺中待粘结的浸锡件粘接面周边的毛刺修理干净；②将待粘结的铜制浸锡件放入由XMT数显调节仪调节控制的恒温回火锡槽进行回火，回火温度为350℃；③将回火后的铜制浸锡件在专用平台上调平，并用刀口平尺检查不平度不大于0.03mm；④将待粘结的铝制浸锡件放入101-2A保温箱中加热至150℃；⑤把待粘结的铜制浸锡件、铝制浸锡件分别从回火锡槽、预热保温箱中取出，并放入H43-120浸锡机进行超声波热浸锡，锡槽温度为320℃，浸锡时间为铜件5分钟，铝件为2分钟，铝合金件为3分钟；⑥从锡槽中同时取出铜制板与铝制件(或铝合金件)放于平板工作台上进行粘结，将铜制件与铝制件对接好，用专用工具压紧10秒钟左右，并把周边毛刺清理干净；⑦粘结完毕，检查粘结质量，用金属件敲打为清脆声即为合格。
实施例二1.将铜、铝载流金具接触面进行超声波热浸锡的操作程序①清理毛刺将载流金具接触面周边毛刺清理干净，待浸锡；②保温箱予热浸锡前将待浸锡件放入101-2A型数显电热鼓风机保温箱予热，预热温度为200℃，恒温时间为12分钟；③锡槽超声波热浸锡将加热至200℃的待浸锡件放入H43-120超声波喷射浸锡机的锡槽中进行超声波热浸锡，锡槽温度为350℃，浸锡时间铝为2分钟，铝合金为2分钟，铜为10分钟；④把浸锡件从锡槽中取出，在浸锡件锡层尚未冷却状态下，用纯棉布把浸锡面周边毛刺清理干净，待粘结；2.铜铝过渡载流金具超声波热浸锡双变性复合粘结操作程序①将上述工艺中待粘结的铜制浸锡件、铝制浸锡件载流金具粘接面周边的毛刺修理干净；②将待粘结的铜制浸锡件放入由XMT数显调节仪调节控制的恒温回火锡槽进行回火，回火温度为340℃；③将铜制浸锡件在专用平台上调平，并用刀口平尺检查不平度不大于0.03mm；④将待粘结的铝制浸锡件放入101-2A保温箱中加热至200℃；⑤把待粘结的铜制浸锡件、铝制浸锡件分别从回火锡槽、预热保温箱中取出，并放入H43-120浸锡机进行超声波热浸锡，锡槽温度为350℃，浸锡时间为铜板5分钟，铝件为2分钟，铝合金件为3分钟；⑥从锡槽中同时取出铜制件与铝制件(或铝合金件)放于平板工作台上进行粘结，将铜制件与铝制件对接好，用专用工具压紧12秒钟左右，并把周边毛刺清理干净；⑦粘结完毕，检查粘结质量，用金属件敲打为清脆声即为合格。
试验情况1.结合力试验对铝、铜载流金具超声波热浸锡结合力(附着强度)的试验包括划格试验、弯曲试验、热震试验和耐腐蚀试验，试验结果表明，其镀锡层具有很好的附着强度和防腐性能，热震试验说明载流金具运行温度达到200℃时镀锡层仍不熔化、脱落(锡的熔点为232℃)，这对于提高金具的运行寿命，保证金具的安全、经济运行是有利的。
对铜铝过渡超声波热浸锡双变性粘结结合力的试验包括剥离试验、弯曲试验与耐腐蚀试验，试验结果表明，铜铝过渡超声波热浸锡粘结具有很好的结合力，铜铝的结合面积率达到100％，大于标准所要求的75％，并能承受弯曲与耐腐蚀试验的考验。
上述试验均有专项试验报告，其中剥离试验是委托电力工业部电力金具质量检验测试中心进行。
2、载流金具接触面超声波热浸锡对接触电阻影响试验为了解载流金具接触面超声波热浸锡对接触电阻的影响，采用铜母线伸缩具进行试验研究，分别从同一批产品中抽取16件(16个接触面)，其中8件浸锡、8件未浸锡，放于5％Nacl渗液中腐蚀16小时后测试接触电阻，分别将浸锡的8件组成4组，未浸锡的8件组成4组，具体的试验条件是渗液浓度5％Nacl渗液；腐蚀时间浸泡16小时；试件安装MTS-80×8用4根M10螺栓连接，扭力矩为80N-mMS-100×10用4根M12螺栓连接，扭力矩为100N-mSL1-400/100用4根M12螺栓连接，扭力矩为100N-m接触电阻测点位置将连接好的一组试件平放，在侧面的中心线上两个侧面的中心点为测点。
试验结果表明，载流金具接触面超声波热浸锡，有利于提高防腐性能和接触性能，减少接触电阻，而无浸锡的载流金具，由于接触面经腐蚀后，氧化层增加了接触面的接触电阻，对载流金具的运行带来不利。
3、金相及金属相互间渗透(扩散)试验本试验委托国家有色金属及电子材料分析测试中心进行，对锡层表面的平整度、锡层厚度、铝-锡-铜结合情况及铝-锡-铜相互扩散情况进行了试验研究，从金相照片及扫描电子显微镜所拍照片和测得的数据可以得出以下几点结果(1)基体是铜(或铝)经过热浸锡，表面的平整度可以得到适当的提高；(2)铜铝过渡铝-锡-铜结合面结合得很好，保证铜铝可靠的结合；(3)经扫描电子显微镜测得的铜表面的铝层厚度为8～10μm，铜铝之间的铝层厚度为64～88.8μm；(4)经扫描电子显微镜测得在铜锡、铝锡界面上的金属得到相互扩散，其中铜与锡相互扩散2.5μm；锡向铝扩散4.5μm，铝向锡扩散2.5～3.5μm；这种界面上金属离子的相互扩散对提高结合力有利。
采用本发明的工艺方法生产的电力金具，具有接合力好，接触电阻小，耐腐蚀、抗老化、耐用、节能等优点，在国内金具同类产品中处于领先地位。
权利要求
1.一种载流金具超声波热浸锡及铜铝过渡载流金具双变性复合粘接方法，其特征在于包括在铝、铜载流金具接触面进行超声波热浸锡及铜铝过渡超声波热浸锡双变性复合粘结两个工艺步骤，具体工艺方法如下(1)将铝、铜载流金具接触面进行超声波热浸锡的操作程序①清理毛刺将载流金具接触面周边毛刺清理干净，待浸锡；②保温箱予热将待浸锡件放入保温箱预热，预热温度为150℃～200℃，恒温时间为10～15分钟；③锡槽超声波热浸锡将预热至150℃～200℃的待浸锡件放入浸锡机锡槽中进行超声波热浸锡，锡槽温度为320℃～350℃，浸锡时间铝为1.5～3分钟，铝合金为2～4分钟，铜为8～12分钟；④把浸锡件从锡槽中取出，在浸锡件锡层尚未冷却状态下，用纯棉布把浸锡面周边毛刺清理干净，待粘结；(2)铜铝过渡超声波热浸锡双变性复合粘结操作程序①将上述浸锡件待粘结面周边毛刺修理干净；②将待粘结的铜制浸锡件放入回火锡槽进行回火，回火温度为340℃～360℃；③将回火后的铜制浸锡件在专用平台上调平，不平度不大于0.03mm；④对待粘结的铝制浸锡件放入保温箱中预热至150℃～200℃；⑤把待粘结的铜制浸锡件、铝制浸锡件分别从回火锡槽、预热保温箱中取出，并放入浸锡机进行热浸锡，锡槽温度为320℃～350℃，浸锡时间为铜板4～6分钟，铝件为1～2分钟，铝合金件为2～5分钟；⑥从锡槽中同时取出铜制件与铝制件放于平板工作台上进行粘结，将铜制件与铝制件对接好，用专用工具压紧8～15秒钟，并把周边毛刺清理干净；⑦粘结完毕，检查粘结质量。
2.根据权利要求1所述的一种载流金具超声波热浸锡及铜铝过渡载流金具双变性复合粘接方法，其特征在于，锡槽中所用材料为纯度99.99％的锡，另加总量0.3％～0.5％的锌。
全文摘要
本发明为一种电力传输系统中的载流金具的粘结方法，包括在铝、铜载流金具接触面进行超声波热浸锡及铜铝过渡超声波热浸锡双变性复合粘结两个工艺步骤，主要操作程序为清理毛刺；保温箱预热；锡槽超声波热浸锡锡槽温度为320℃～350℃；清理毛刺；待粘结件放入回火锡槽进行回火；调平；保温箱中预热至150℃～200℃；放入浸锡机进行热浸锡；将铜制件与铝制件对接好，用专用工具压紧8～15秒钟，粘结完毕。采用本发明的工艺方法生产的电力金具，具有接合力好，接触电阻小，耐腐蚀、抗老化、耐用、节能等优点，在国内金具同类产品中处于领先地位。
文档编号B23K1/06GK1693025SQ20041003745
公开日2005年11月9日 申请日期2004年5月8日 优先权日2004年5月8日
发明者于合彬, 高儒付 申请人:房山区良乡永固福利电力金具制造厂