توصيفگر ها :
جوشكاري اولتراسونيك , اتصال آلومينيوم - مس , لايهي مياني نيكل - فسفر , خواص مكانيكي , رفتار خوردگي , مقاومت الكتريكي
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، فرآيند جوشكاري اولتراسونيك بين دو فلز غيرمشابه آلومينيوم و مس با استفاده از لايهي مياني نيكل-فسفر تهيهشده به روش آبكاري الكترولس مورد بررسي قرار گرفت. اتصال مستقيم آلومينيوم به مس معمولاً منجر به تشكيل تركيبات بينفلزي نامطلوب ميشود كه كيفيت اتصال را كاهش ميدهد؛ به منظور برطرف كردن اين مشكل، لايهي مياني نيكل-فسفر بهكار گرفته شد. هدف اصلي از اين تحقيق، ارزيابي تاثير وجود و ضخامتهاي مختلف لايهي نيكل-فسفر (شامل 0، 2، 6 و 14 ميكرومتر) بر كيفيت اتصال و عملكرد نهايي آن از جنبههاي مكانيكي، الكتريكي و خوردگي است. اين مطالعه با رويكردي تجربي و تحليلي انجام شد كه در آن ابتدا پارامترهاي بهينهي فرآيند جوشكاري اولتراسونيك با استفاده از آزمونهاي اوليه و بررسي كيفيت اتصال انتخاب گرديد. سپس نمونههاي مختلف با لايههاي مياني نيكل-فسفر در ضخامتهاي ذكرشده تحت شرايط بهينه، جوشكاري شدند. پس از انجام فرآيند جوشكاري، مجموعهاي از آزمونهاي مشخصهيابي بهمنظور تحليل رفتار و ساختار اتصال انجام گرفت. براي تحليل ريزساختار و مكانيسم پيوند و نوع شكست، از ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و آناليز طيفسنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDS) استفاده شد. بررسيها نشان داد كه حضور لايهي مياني نيكل-فسفرتأثير بسزايي در افزايش چگالي خطي جوش و يكنواختي فصل مشترك اتصال خواهد داشت. مكانيزم پيوند، نفوذ و قفلشدگي مكانيكي شناسايي شد. همچنين در همهي نمونهها، شكست در فصل مشترك اتصال اتفاق افتاد. آزمون كشش نشان داد كه استحكام مكانيكي اتصال با افزايش ضخامت نيكل-فسفر افزايش يافته و بيشينهي مقدار آن در نمونهي داراي ضخامت لايهي مياني 14 ميكرومتر خواهد بود. از سوي ديگر، مقاومت الكتريكي اتصالها با حضور لايهي نيكل – فسفر كاهش يافت، ولي در ضخامتهاي بالاتر، بهدليل افزايش تركيبات بينفلزي، مقدار مقاومت الكتريكي دوباره افزايش يافت و كمترين مقدار آن در ضخامت 2 ميكرومتر حاصل شد. در زمينهي خوردگي، آزمونهاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك در الكتروليت سديمكلريد 1/0 مولار انجام شد. نتايج اين آزمونها نشان داد كه استفاده از لايهي مياني نيكل-فسفر منجر به بهبود در مقاومت به خوردگي اتصالها گرديد. تحليل همزمان خواص مكانيكي، الكتريكي و خوردگي نشان داد كه ضخامت 14 ميكرومتر براي لايهي مياني نيكل-فسفرتركيب مناسبي از اين خواص ارائه داد و بهعنوان ضخامت بهينه تعيين شد؛ بنابراين، استفاده از لايهي مياني نيكل-فسفر در جوشكاري اولتراسونيك آلومينيوم به مس نهتنها سبب بهبود پيوند و ساختار اتصال شد، بلكه خواص مكانيكي، الكتريكي و خوردگي اتصالها را نيز ارتقاء بخشيد. با توجه به اهميت اتصال زبانه به زبانه در باتريهاي ليتيوم-يون، يافتههاي اين پژوهش از نظر بهبود خواص مكانيكي، الكتريكي و مقاومت به خوردگي كاربرد عملي دارند.
چكيده انگليسي :
In this study, the ultrasonic welding process between two dissimilar metals, aluminum and copper, was investigated using a nickel–phosphorus (Ni–P) interlayer deposited by the electroless plating method. Direct bonding of aluminum to copper typically leads to the formation of undesirable intermetallic compounds, which reduce joint quality; to address this issue, a Ni–P interlayer was employed. The main objective of this research was to evaluate the effect of the presence and varying thicknesses of the Ni–P interlayer (0, 2, 6, and 14 μm) on the joint quality and overall performance from mechanical, electrical, and corrosion perspectives. This study was conducted using an experimental and analytical approach. First, the optimal ultrasonic welding process parameters were determined through preliminary tests and an assessment of joint quality. Then, samples with Ni–P interlayers of the specified thicknesses were welded under the optimized conditions. After welding, a series of characterization tests were performed to analyze the behavior and structure of the joints. To examine the microstructure, bonding mechanism, and fracture mode, optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were employed. The investigations revealed that the presence of the Ni–P interlayer significantly increased the weld linear density and uniformity of the joint interface. The bonding mechanism, penetration, and mechanical interlocking were identified. Additionally, all samples exhibited fracture at the joint interface. Tensile tests indicated that the mechanical strength of the joints increased with the Ni–P interlayer thickness, reaching a maximum in the sample with a 14 μm interlayer. On the other hand, the electrical resistance of the joints decreased in the presence of the Ni–P interlayer; however, at higher thicknesses, the formation of intermetallic compounds led to an increase in electrical resistance again, with the lowest resistance observed at 2 μm thickness. For corrosion assessment, potentiodynamic polarization tests were conducted in a 0.1 M sodium chloride (NaCl) electrolyte. The results demonstrated that using the Ni–P interlayer improved the corrosion resistance of the joints. A combined analysis of mechanical, electrical, and corrosion properties indicated that a 14 μm Ni–P interlayer provided the most balanced set of properties and was identified as the optimal thickness. Therefore, employing a Ni–P interlayer in ultrasonic welding of aluminum to copper not only enhanced bonding and joint structure but also improved the mechanical, electrical, and corrosion performance of the joints. Considering the importance of tab-to-tab connections in lithium-ion batteries, the findings of this study have practical implications for improving mechanical strength, electrical conductivity, and corrosion resistance.