Page 203 - 《应用声学》2024年第6期

第 43 卷 第 6 期 邓建雄等： 镍夹层厚度对铝/铜超声焊接头力学性能影响 1379

撕裂能力较差，所以在受到拉伸剪切时其载荷较低。 能，对 0.1 mm 厚镍夹层铜侧、铝侧典型失效区域进
从图 5(a) 可以看出 0.10 mm 厚镍夹层铝/铜接头抗 行分析，图 6(a)、图 6(b) 分别为铜侧、铝侧 SEM 形
剪切强度最高，这和 2.2 节观察到的波浪状焊接结 貌。从宏观上看铜侧、铝侧失效表面不平整，铜侧表
合截面有关，存在铝镍、铜镍和铝铜三种结合形式 面有铝残留，铝侧表面存在凹坑。从微观形貌上看
的接头强度优于只有两种结合形式的接头。失效位 铜侧存在大量较小的韧窝，为韧性断裂；铝侧断口表
移随镍夹层厚度的增加而增加，这表明镍夹层越厚， 面存在平坦的块状断裂和韧窝，是典型的韧脆混合
接头的塑性就越好。编程计算了各接头的能量吸收 断裂。
均值，能量吸收均值越大代表接头抗冲击能力越强，
可以看出 0.1 mm 厚镍夹层能量吸收均值最高，相 3500 ᪞, Ԓ0.05 mm
᪞, Ԓ0.10 mm
较其他厚度接头有着良好的抗冲击能力。 3000 ᪞, Ԓ0.15 mm
᪞, Ԓ0.20 mm
2.4 失效分析 2500
镍夹层铝/铜超声焊接接头均在焊接界面处失 ᣒᕳ/N 2000
效，如图 6 所示。0.05 mm、0.1 mm 镍夹层在超声 1500
焊接主要表现为铝 -铜、铝 -镍、铜 -镍连接失效，在 1000
焊点区域镍箔发生熔化使得铝/铜板材暴露形成连 500
接，且 0.05 mm 镍夹层发生撕裂破坏。0.15 mm 镍 0
0 0.5
夹层接头发生混合失效，镍夹层在铜侧或铝侧附着； ͯረ/mm
0.2 mm 镍夹层接头均表现为铝 -镍连接失效，镍箔 图 4 镍夹层接头剪切性能
附着在铜板表面。结合接头截面形貌以及力学性 Fig. 4 Shear properties of nickel interlayer joints

0.8 1.6
3439.72 0.734 0.736 0.763 1.497 1.456
3500 3230.11
3110.56 0.666 1.4
3000
2756.4 0.6 1.2 1.179 1.004
࢏ϙᣒᕳکϙ/N 2000 ܿ஍ͯረکϙ/mm 0.4 ᑟ᧚ծஆکϙ/J 1.0
2500
0.8
1500
1000 0.2 0.6
0.4
500 0.2

0 0 0
Ni0.05 Ni0.10 Ni0.15 Ni0.20 Ni0.05 Ni0.10 Ni0.15 Ni0.20 Ni0.05 Ni0.10 Ni0.15 Ni0.20
(a) ࢏ϙᣒᕳکϙ (b) ܿ஍ͯረکϙ (c) ᑟ᧚ծஆکϙ
图 5 接头静力学性能参数
Fig. 5 Static performance parameters of joints

᪞, Ԓ0.05 mm ᪞, Ԓ0.10 mm
(a)

10 µm 5 µm

᪞, Ԓ0.15 mm ᪞, Ԓ0.20 mm
(b)

10 µm 5 µm

图 6 镍夹层失效分析
Fig. 6 Failure analysis of nickel interlayer