[发明专利]一种以Ni‑P合金层为界面阻挡层的Cu/Al复合板的制备方法

说明书

技术领域

本发明技术涉及电力金具的制备技术，具体涉及一种以Ni-P合金层为界面阻挡层的Cu/Al复合板电力金具的电镀制备方法。

背景技术

电力金具是连接和组合电力系统中各类装置、传递机械、电气负荷及起某种防护作用的金属附件，在输变电线路运行中起着重要的作用。变电站用金具大多采用Cu、Al材质。但是Cu资源贫乏，为稀缺金属，属于战略资源，成本高。而Al资源丰富，质轻，价格便宜，因此，研发一种以Al为基体，复合一层Cu，构成Cu/Al复合层板电力金具，不仅可节约大量的Cu材，而且便于实现变电站变压器Cu出线端与Al导线的过渡连接，在输变电系统中十分常用。

目前，Cu/Al复合板电力金具的制备主要采用Cu、Al板直接焊接或采用Sn-Pb钎焊的方式连接，这些制备方法的不足之处主要有二：1）通常只能实现Cu、Al平板的复合，复杂形状层板间（如圆弧或异形曲面）复合的难度大，甚至无法实现。2）不论是直接焊接，还是Sn-Pb钎焊的Cu/Al复合板电力金具在制备及实际服役过程（带电状态下电阻发热）中，Cu/Al界面或Cu、Al与Sn-Pb钎料间发生界面反应，形成Cu-Al或Cu-Sn金属间化合物层，导致Cu/Al复合板界面组织结构变化，界面结合强度降低，甚至开裂，同时，界面电阻增大，导致Cu/Al复合板电力金具在高压运行状态下过热失效，甚至烧毁。孙勇等[孙勇, 沈黎, 刘兵. 铜-铝层状金属复合材料界面反应研究.中国材料研讨会论文集, 2002: 1798-1803]研究表明，经过轧制制备的Cu/Al层状板在300℃保温5 min时，在结合界面有CuAl₂相生成，时间延长以及温度提高，还会形成Cu₉Al₄相，导致界面结合强度降低。汤晓磊等[汤晓磊, 陈国宏, 汤文明等. 时效对平面接触型Cu/Al设备线夹组织结构及性能的影响. 理化检验(物理分册)，2014，50: 169-174]发现，采用Sn-Pb钎料制备的Cu/Al复合板电力金具在150℃时效过程中，形成了由Cu₆Sn₅及Cu₃Sn构成的金属间化合物层，导致界面脆性增加，电阻率增大。

电镀技术工艺简单、镀层厚度可以<<1 μm到>100 μm范围内可调，界面结合强度高。更重要的是，可在复杂形状金属基底表面形成均匀镀层，制备复杂形状的层状复合材料，电镀制备Cu/Al复合材料通常采用先在Al基体表面二次浸Zn处理后再二次（碱性镀Cu打底+酸性镀厚Cu层）电镀Cu工艺制备，不仅工艺复杂，而且在高温条件下，中间Zn层向Cu层中扩散，导致Zn层逐渐消失，对Cu/Al界面原子扩散的抑制作用减弱并最终消失，从而形成Cu-Al金属间化合物层，致使Cu/Al复合材料的界面结合强度降低，电阻增大，易造成热失效。因此，开发出一种既可具有复杂形状，也可通过设置稳定中间层，保证在长期高温运行过程中抑制Cu/Al界面扩散或反应的新型Cu/Al复合板电力金具及其制备方法尤为重要。

发明内容

本发明提供一种新的技术方案，该方案不仅有助于实现复杂形状Al材表面包覆Cu高，而且界面结合牢固，长期暴露于高温下界面稳定，无明显界面原子扩散及反应，并且环保、毒害少、工艺简单，提高服役寿命，大大改善Cu/Al复合电力金具的运行状态。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种以Ni-P合金层为界面阻挡层的Cu/Al复合板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将Al材放置在碱性水溶液浸渍处理。所述碱性水溶液为含有Na离子的溶液。所述碱性水溶液的温度为30-50℃之间，Al材放置在碱性水溶液中的浸渍处理时间在1-3 min之间。

步骤2：将由步骤1获得的经过碱性水溶液处理的产物，用水清洗2-4次后，放入酸性出光溶液中处理10-15 s，获得经过酸性出光溶液处理的产物。

步骤3：将由步骤2获得的经过酸性出光溶液处理的产物，用水清洗2-4次后，立即放置于化学镀Ni-P溶液中处理，获得经过化学镀Ni-P溶液处理的产物。

所述化学镀Ni-P溶液为含有Ni离子和P离子的溶液。

所述化学镀Ni-P溶液的温度为70-90℃之间，放置在化学镀Ni-P溶液中的反应时间在25-35min之间。

步骤4：将由步骤3获得的经过化学镀Ni-P溶液处理的产物，用水清洗2-4次后，放在酸性镀Cu溶液中快速电镀Cu，最终获得成品。