Cu-Cu及Cu-Al的电镀Ni低温连接界面及连接强度的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zonglijuan
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焊接界长期致力于寻找新的连接技术;经过多年的研究和发展,一些特种先进连接方法,如激光焊、电子束焊、摩擦焊以及微连接技术等已经成为了现代连接技术的重要组成部分。电镀作为一种已经发展相对成熟的表面改性工艺,其在连接领域的用途和潜力并未引起国内外学者足够的关注。本研究旨在通过电镀镍的方式对Cu-Cu试样以及Cu-Al试样进行连接,探索电镀工艺在连接领域的可行性及可靠性,使之成为一种具有特殊用途的新型连接技术。本文采用电镀镍的方式,对Cu-Cu试样以及Cu-Al试样进行了低温连接试验,探索了电镀连接工艺,通过透射电子显微镜等表征手段研究了连接界面的组织结构,分析了电流密度对镀镍连接层的影响,并通过单向拉伸试验测试了连接接头的抗拉强度;此外,本文还对Cu-Al试样进行了老化处理,分析了老化时间对Al/Ni界面金属间化合物的演化及其界面结合强度的影响。基于电镀Ni的Cu-Cu及Cu-Al的低温连接工艺,其电镀液配方以氨基磺酸镍为主盐,氯化镍为活化剂,硼酸为PH值稳定剂;得到了形貌均匀、内部致密的镀镍连接层,实现了Cu-Cu及Cu-Al的电镀Ni低温连接。Cu/Ni界面为一个60 nm宽度的Cu、Ni原子扩散区域,该区域是一层FCC结构的铜镍原子无限置换固溶体CuxNi1-x。Al/Ni界面为一个宽度约为100 nm的Al、Ni原子扩散区域,界面中靠近Ni侧存在一个宽度约为20 nm的AlNi相,该相的晶体结构为BCC。Cu-Cu电镀Ni低温连接,接头抗拉强度为100280 MPa,断口位于镀镍连接层或者铜基材;其连接强度可以超过基材本身。Cu-Al电镀Ni接头在老化前的平均连接强度为124 MPa,200℃恒温老化1000 h后为122 MPa,等温老化处理对Cu-Al电镀Ni接头强度无影响。此外,Cu-Al电镀Ni接头在200℃恒温老化1000 h后,Al/Ni界面并无IMC生长。镀镍连接层生长速度方向上硬度随电流密度增大而增大;而其垂直生长速度方向的硬度不受电流密度影响。镀镍连接层的晶粒在(111)、(200)以及(220)晶面法向上的平均厚度分别为188208?、138187?以及83139?;电流密度越大,镀镍连接层的晶粒尺寸减小。
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