[发明专利]结合铝和铜的结构和方法

说明书

技术领域

本发明涉及铜和铝的结合结构，以及将铜工件和铝工件结合在一起以形成结合结构的方法。

背景技术

由于其高电导率和相对低的成本，铝和铜是两种最广泛使用的导体材料。因此，通常期望将铜部件和铝部件彼此连接(例如通过焊接)为多种应用(例如混合动力电动车辆)中的电路的一部分。但是，由于铝和铜的不同的熔点和热传导率，已知这很难实现。另外，铝和铜的液体混合物在其固化和冷却时形成硬和脆的金属间化合物。两种通常使用的连接方法是超声焊接和激光焊接工艺。

发明内容

提供一种将第一金属工件结合到第二金属工件的方法，其中，两个工件由具有不同熔点和热传导率的材料制成。第一金属工件和第二金属工件的材料可以分别是铜和铝。该方法允许两个工件结合而在两个工件之间没有形成金属间化合物。

该方法包括首先将第一涂层施加到第一工件的至少一部分，该部分包括至少发生该结合的区域。第一涂层的材料通常具有比第一金属工件的材料更低的熔点，并且可包括但不限于锌。在施加第一涂层之前，该方法可包括将第二涂层施加到第一金属工件的施加有第一涂层的基本上相同部分。第二涂层的材料通常具有比第一金属工件的材料更高的熔点，并且可包括但不限于镍。

在施加第一涂层之后，可任选地，施加第二涂层之后，该方法继而包括关于彼此定位第一金属工件和第二金属工件，以形成至少一个连接部，两个金属工件在所述至少一个连接部处结合。该工件继而沿至少一个连接部通过电弧焊接工艺结合在一起，以使至少一个连接部的第一金属工件侧被润湿和钎焊，并且该至少一个连接部的第二金属工件侧被熔化和熔合。

电弧焊接工艺涉及第一阶段和第二阶段的交替，以沿至少一个连接部产生多个熔化的液滴并且分离该多个熔化的液滴，由此在两个工件之间形成结合。在第一阶段中，电流被在焊丝朝向工件运动时供给到焊丝。在第二阶段中，电流被减小并且焊丝被远离工件运动。熔化的液滴在第一阶段中由焊丝形成。焊丝的材料包括但不限于铝合金。

还提供铜和铝的结合的结构。结合的结构可通过上述方法形成。结合的结构包括由铜制成的第一金属工件和由铝制成的第二金属工件。第一金属工件具有施加到第一金属工件的至少一部分的第一涂层。第一涂层的材料通常具有比铜更低的熔点，并且可包括但不限于锌。第一金属工件可进一步具有在第一金属工件和第一涂层之间的可任选的第二涂层。第二涂层的材料通常具有比铜更高的熔点，并且可包括但不限于镍。第二涂层确保存在第一涂层到第一金属工件中的最小的扩散。

结合的结构进一步具有至少一个连接部，第一金属工件和第二金属工件通过上面所述的电弧焊接工艺结合。第一金属工件被沿结合部润湿和钎焊，这由于第一涂层的较低的熔点通过第一涂层成为可能。第二金属工件沿连接部熔化和熔合。

当结合附图时，通过用于实现本发明的最佳模式的一些实施例和其他实施例的下面的详细描述，本发明的上述特征和优点和其他特征和优点变得显而易见。

附图说明

图1是铜和铝的结合的结构的示意性平面视图；

图2A和2B是根据本发明的实施例的穿过图1的结合的结构的示意性横截面，其中，铜和铝通过搭接焊缝结合；

图3A和3B是根据本发明的实施例的穿过图1的结合的结构的示意性横截面，其中，铜和铝通过对接焊缝结合；

图4A是示出电弧焊接工艺的第一阶段的示意性前视图，该电弧焊接工艺用于将铜工件和铝工件彼此结合来形成图1和2A的结合的结构；

图4B是示出从图4A中示出的电弧焊接工艺的第一阶段到第二阶段的过渡的示意性正视图；

图4C是示出电弧焊接工艺的第二阶段的示意性正视图；和

图5是示出用于将铜工件和铝工件彼此结合的方法的示意性流程图。

具体实施方式

本领域的技术人员将意识到，例如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”等术语被用于描述附图，不代表对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求限定。任何数字标号，例如“第一”或“第二”仅是示例性的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

参照附图，其中，尽可能整个附图中相似的附图标记对应于相似或类似的部件，结合的结构10显示在图1中。结合的结构10包括由铜制成的第一金属工件(后文为铜工件12)和由铝制成的第二金属工件(后文为铝工件14)。虽然第一金属工件和第二金属工件分别被描述为铜工件12和铝工件14，但是应意识到，它们可由任何材料制成，其中第一金属工件的材料比第二金属工件的材料具有更高的熔点和更高的热传导率。