[发明专利]一种碳纤维复合材料与铜合金焊接的方法

说明书

本发明属于异种材料连接技术领域，更具体的涉及一种碳纤维复合材料与铜合金焊接的方法，具体步骤为：将碳纤维复合材料表面镀铜，然后碳纤维复合材料、铜合金依次加压装配形成装配件，对装配件采用激光‑电弧复合焊接，同时采用钨棒进行搅拌，焊接后进行保温冷却热处理，完成碳纤维复合材料和铜合金板材的焊接。本发明通过镀铜并采用钨棒搅拌的激光‑电弧复合焊接方法，实现冶金连接，能够有效避免碳元素与铜元素的直接接触，提高接头强度。

技术领域

本发明属于异种材料连接技术领域，更具体的涉及一种碳纤维复合材料与铜合金焊接的方法。

背景技术

由于铜与碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber ReinforcedPolymer/Plastic，简写为CFRP)的导热系数较为接近，所以在使用及钎焊时不易产生较大热应力。铜与CFRP的连接主要采用钎焊方式，最早的钎料选用Cu-Pb(质量分数为50％)，在钎焊冷却后即可使铜、复合材料、钎料形成连接界面,但该连接界面的强度较低；随着工业技术的不断发展，发现过渡元素Zr、Ti等的化学活性较强，在液态条件下可与C发生反应，所以在传统钎料中添加一定量的活性元素，就可使复合材料表面变湿润，从而降低与金属连接的难度，该方法通常在高纯度惰性气体或真空炉环境下实施。Ag-Cu-Ti是常用的活性钎料，钎焊通常在真空条件下进行，此方法钎料润湿过程较复杂，且接头强度较低，使用温度不高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中铜与碳纤维增强复合材料焊接过程中需要真空钎焊，钎料润湿过程较复杂的缺陷。本发明提出了一种碳纤维复合材料板材与铜合金板材焊接的方法，对碳纤维复合材料板材与铜合金板材接触的连接面采用单面电镀工艺进行镀铜处理，镀铜后，将碳纤维复合材料板材上的镀铜层与铜合金板材贴合并加压得到装配件，对装配件进行激光-电弧复合焊接，激光-电弧复合焊接过程中采用钨棒深入到液态熔池中进行搅拌，完成碳纤维复合材料板材与铜合金板材的焊接。通过搅拌对液态金属凝固过程中的组织进行细化，破碎晶粒，同时有利于液态金属中的气孔和裂纹的抑制。本发明方法与钎焊方法相比，不需要钎料，也不需要真空钎焊，过程相对简单，且采用钨棒深入到熔池中进行搅拌，将有利熔池液态组织的细化，减少接头缺陷，提高接头强度及接头服役温度。

优选的，在进行镀铜处理前对铜合金板材和碳纤维复合材料板材进行去污处理；所述去污处理是采用砂纸对铜合金板材和碳纤维复合材料板材打磨后抛光，再放入丙酮溶液中超声清洗10～15min，去除表面油污等杂物，确保表面干净；所述砂纸的规格为400目～1000目；所述丙酮溶液中丙酮浓度≥99.8％。

优选的，所述碳纤维复合材料板材为增强酚醛环氧复合材料T300/648，所述铜合金板材的牌号为H70。

优选的，所述的镀铜处理中以铜板材为阳极、碳纤维复合材料板材为阴极，以含有60～90g/L五水硫酸铜、180～220g/L硫酸和40～80mg/L氯离子的溶液作为电镀液。

优选的，所述电镀液的PH值为4～6，温度为20～40℃，电流密度为0.8～1.2A/dm2。

优选的，所述镀铜层的厚度在50～100μm范围内，厚度均匀。

优选的，所述激光功率为300～1000W，电弧电流为50～100A，电弧和激光间距1-2mm，焊接速度为15～25mm/s。

优选的，所述钨棒直径0.5mm，搅拌速度10r/s，钨棒深入到液态熔池中进行搅拌，钨棒不与液态熔池中的元素发生反应。

本发明先在碳纤维复合材料板材表面镀铜，再通过钨棒搅拌的激光-电弧复合焊接将铜合金板材和镀铜的碳纤维复合材料板材焊接起来，实现冶金连接，能够有效提高接头强度，可用于汽车零部件的制造。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明焊接过程中无需钎料，也不需要真空钎焊，过程相对简单；