[发明专利]强劲反应冶金接合

说明书

公开了一种焊接组件和反应冶金焊接方法。该组件包括通过至少两个重叠的焊接接头附接在一起的第一金属工件和第二金属工件。重叠的焊接接头为反应冶金接合(RMJ)焊接接头，并且每个重叠的焊接接头与另一重叠焊缝重叠10‑75％。焊接的方法包括提供处于第一和第二工件之间并与之接触的反应材料。在第一位置，工件和反应材料被挤压在一起、加热并保持在第一和第二工具之间，以在工件之间形成第一RMJ焊接接头。然后，在第二位置，工件被挤压在一起、加热并保持在工具之间，以形成与第一RMJ焊接接头重叠的第二RMJ焊接接头。

技术领域

本公开总体涉及焊接工艺，并且更具体地涉及用于接合金属或金属合金(诸如铝、铜或其合金)的工件的反应冶金焊接工艺。

引言

诸如铝合金或铜合金的金属的接合较复杂，因为快速形成的氧化物层的存在以及它们固有的高导电性和导热性。电阻点焊可能比较困难，并且需要制备工件表面、高电流、高压力，以及以机械上良好对准且稳定的电极。由于铝工件合金与铜电极之间的反应或将铜工件合金焊接到铜电极，短寿命的电极较常见。当焊接薄工件时，这种相互作用最大，因为电极-工件接触点接近接合界面处产生的最高温度。铝工件之间的最终焊接可以具有较高强度，但在某些情况下，具有较差的高周疲劳性能。

用于车辆应用的锂电池需要将电池单元接合到导体或汇流条的过程。电池单元通常使用薄铝板和铜板作为电极基板，也称为集电器。这些电极板包含延伸部(被称为接线片)，其延伸到电池包袋的外部并用于在电池组装期间将电极板接合到铜导体或汇流条。电池结构中常用两种类型接线片材料：铝和铜。在一些情况下，铜接线片和/或铜导体可以涂覆薄镍层，以增强耐腐蚀性和接合，而铝接线片可涂覆阳极氧化层。

由于一些原因，将薄接线片材料接合到更厚的铜导体比较困难。首先，堆叠可能需要将几个分离的金属片一次性完成接合，例如，将三个分离的接线片接合到一个导体上。其次，堆叠中的一个包括已知形成脆性金属间化合物的金属组合物，即铜和铝可形成CuAl₂。第三，导体总线通常比接线片厚得多，诸如两倍厚甚至五倍厚或以上。

超声焊接已经用于该应用并取得了一些成功。它能够接合异种金属，并且能够接合在板厚度方面具有明显差异的材料。然而，在对包含两个以上的板的堆叠进行接合时存在相当大的困难，因为超声波能量(即平行于板表面的振动)不能很好地跨越多个板界面传递。顶板可以与超声波能量源很好地耦合，因为它与超声变幅杆或砧座直接接触。因此，它与相邻的板反应强烈。然而，堆叠中位于较下的板(包括导体棒)不能尽可能多的接收超声能量，并且最终的焊接可能不够牢固。

还使用了诸如螺钉或铆钉等机械紧固件。它们依靠非常低的接触电阻来实现良好的导电性。然而，通过表面污染物(例如氧化物)的堆积或通过紧固件的劣化接触电阻随着时间劣化。

也可以使用钎焊接头。然而，使用具有助熔剂的焊料(特别是对于铝)可能导致形成腐蚀性焊药残余物，如果不通过清洁操作去除，则该残余物随着时间推移使周围材料或接头劣化。这些操作增加了成本，在某些情况下，根据组装顺序可能无法实现。