點火電阻NiCr合金箔與Ni層結合力對耐焊性的影響

魏栩曼，朱雪婷，溫占福

點火電阻NiCr合金箔與Ni層結合力對耐焊性的影響

魏栩曼，朱雪婷，溫占福

（中國振華集團云科電子有限公司，貴州 貴陽，550018）

為研究點火電阻NiCr功能層與Ni耐焊層的結合力對其耐焊性的影響，從NiCr箔的表面特殊優(yōu)化處理以及電鍍兩方面進行工藝優(yōu)化。結果表明：電鍍前用點火電阻專用處理液水浴40℃處理（30±5）s，并且沖擊鍍鎳時在滾筒增加PP珠，可明顯改善點火電阻的NiCr層與Ni層的結合力，耐焊接熱試驗后點火電阻的阻值變化量從0.2Ω降低到0.05Ω以內。

點火電阻；NiCr合金箔；Ni層；沖擊鍍鎳；結合力；耐焊性

數(shù)碼電子雷管作為一次性使用的元件在民用爆破、國防軍事、航空等領域有廣泛的應用和需求[1]。點火電阻是電子數(shù)碼雷管中最敏感的一部分。王廣海等[2]對傳統(tǒng)的薄膜橋式電阻進行了研究，筆者在其基礎上進行改進，研制了更敏感、發(fā)火能量更高的貼箔式點火電阻，點火電阻阻值的一致性和耐焊性對點火性能的影響非常重要。此外，在實際應用過程中，將點火電阻裝聯(lián)到點火電路中，如果點火電阻的耐焊性不好，在焊接后會出現(xiàn)電阻開路無阻值或是焊接前后阻值變化量大于或等于0.2Ω的現(xiàn)象，以致無法保證點火電阻的正常使用。胡清云[3]為了提高聚酰亞胺膠與合金箔粘結力進行了起毛（粗化）處理。在金屬箔材與電鍍層的結合力方面[4-6]運用了新的化學鍍及沖擊鍍鎳等方式實現(xiàn)了鍍層的致密性。因此，本文主要對箔材的表面特殊優(yōu)化處理以及電鍍兩方面進行工藝優(yōu)化，研究點火電阻的NiCr功能層與耐焊層的結合力對其耐焊性的影響，以改善點火電阻的耐焊性。

1 實驗

1.1 試樣制備

點火電阻的耐焊性能對點火電阻的發(fā)火性能有重要影響，在焊接過程中，由于高溫和壓力的作用，焊點熱影響區(qū)的橋絲會發(fā)生收縮，直徑變細，甚至產生裂紋，最終導致橋絲電阻不均勻，使得點火電阻安全電流變小，發(fā)火時間縮短，并降低了其抗雜散電流的能力。因此，為滿足產品焊裝要求，設計了3組對比試驗。第1組樣品方案為：直接對點火電阻電鍍Ni層和Sn層，使用正常電阻電鍍工藝，研究點火電阻的電阻層與電鍍層是否有縫隙、能否滿足要求；第2組樣品方案為：先用點火電阻專用處理液水浴40℃處理（30±5）s，之后對點火電阻電鍍Ni層和Sn層，考察增加前處理后電阻層中的Ni成分和電鍍后的Ni離子結合是否致密，有無增加結合力的作用；第3組樣品方案為：先用點火電阻專用處理液水浴40℃處理（30±5）s，之后運用沖擊鍍Ni的方式在NiCr合金箔上電鍍1層Ni，并且沖擊鍍Ni時在滾筒增加PP珠，最后對點火電阻電鍍Ni層和Sn層，研究是否能夠在提高致密性的同時降低焊接后阻值變化率。

1.2 性能測試

1.2.1 阻值篩選

對3組樣品進行阻值合格率篩選，第1組樣品投入數(shù)13 545顆，阻值合格數(shù)為7 585顆，合格率為56%；第2組樣品投入數(shù)12 256顆，阻值合格數(shù)為8 824顆，合格率為72%；第3組樣品投入數(shù)13 645顆，阻值合格數(shù)為11 325顆，合格率為83%。

1.2.2 外觀篩選

將3組樣品進行了外觀篩選，第1組樣品的外觀合格率為（合格：5 916顆）78%；第2組樣品的外觀合格率為（合格：7 412顆）84%；第3組樣品的外觀合格率為（合格：11 098顆）98%。

1.2.3 耐焊接熱

為確定元件承受由焊接元件引線端頭式產生熱應力的能力，對3組樣品進行了耐焊接熱試驗，并對焊接前和焊接后樣品阻值變化量進行記錄。

2 結果與討論

2.1 DPA剖面結構分析

對3組樣品進行了DPA（Destructive Physical Analysis）即物理破壞性試驗分析，使用OLYMPUS STM7-CB顯微鏡放大1 000倍進行觀察。

對第1組樣品焊接后無阻值的點火電阻進行了DPA分析，發(fā)現(xiàn)NiCr功能層與Ni耐焊層出現(xiàn)了參差不齊的分層現(xiàn)象，說明NiCr功能層和Ni層結合力差。圖1為焊接后開路的點火電阻，可以看出在焊接后NiCr功能層和Ni耐焊層薄弱的位置已經出現(xiàn)了斷裂，導致電阻開路。

圖1 第1組樣品焊接后開路的DPA圖

第2組樣品在焊接后也出現(xiàn)了電阻開路的現(xiàn)象，DPA結果分析見圖2。通過分析發(fā)現(xiàn)端面薄弱位置有改善，但是結合力差導致膜層還是會出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，但可以看出第2組樣品為分段斷裂，與第1組的斷裂面屬于不同類型。根據(jù)斷裂面的狀態(tài)進行了多次DPA分析，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)都為整體分段斷裂。

圖2 第2組樣品焊接后開路的DPA圖

第2組樣品采用專用處理液對點火電阻NiCr功能層進行起毛（粗化）處理，以增加NiCr功能層和耐焊層的結合力，但在操作中必須嚴格控制溶液的濃度和起毛時間（濃度太高、時間過長反而會破壞箔材），并及時清洗干凈；同時，操作時要特別小心，注意保持合金箔的平整和完好無損。起毛合格的點火電阻如圖3所示。

圖3 起毛（粗化）合格的點火電阻

與第1組樣品相比，經專用處理液處理過的點火電阻，其NiCr功能層與Ni耐焊層結合力有所改善，但是還存在有孔洞和參差不齊的現(xiàn)象，說明NiCr功能層和Ni耐焊層的致密性、結合力還不能滿足要求。

第3組樣品在第2組的基礎上增加沖擊鍍Ni，是為了保證Ni層的結合力，之后再通過普通電鍍工藝鍍Ni來保證點火電阻端頭部分的Ni鍍層厚度，從而提高端面與表背面的連接處的包裹性。DPA分析顯示第3組樣品焊接后未出現(xiàn)開路現(xiàn)象，DPA結果見圖4。

最后對3組樣品進一步進行了DPA分析對比，如圖5所示。由圖5（a）可以看出第1組樣品層與層之間有很多孔洞，結合力差。從圖5（b）中可以看出第2組樣品層與層之間孔洞變少，說明使用專用處理液處理后致密性有所提升，但是結合力還不夠。從圖5（c）中可以看出第3組樣品層與層之間的致密性非常好，每一層之間都完整地搭接在一起，端面薄弱的地方也飽滿了。因此，可以確定采用第3組工藝條件制備的點火電阻，其NiCr功能層與Ni耐焊層結合力最好。

圖4 第3組樣品焊接后的DPA圖

圖5 3組樣品DPA膜層圖

2.2 耐焊性能分析

對3組樣品分別進行耐焊接熱試驗，并對試驗前后樣品阻值變化量進行記錄，見表1。從表1的數(shù)據(jù)可以看出第3組樣品耐焊接熱試驗前后阻值變化量在0.021～0.050Ω左右，比第1組和第2組樣品試驗前后的變化量降低了1個數(shù)量級。

表1 3組樣品耐焊接熱變化量對比表

Tab.1 Comparison table of resistance changes in welding heat test of three groups of samples

3 結論

本研究通過增加點火電阻專用處理液水浴40℃處理（30±5）s，增加沖擊鍍鎳并在滾筒中增加PP珠2個方面的優(yōu)化，對點火電阻的整體性能進行了提高：（1）耐焊接熱試驗前后的阻值變化量從0.2Ω的水平降低到0.05Ω以內；（2）NiCr合金箔與Ni層的致密性和結合力得到了提升；（3）點火電阻的端頭與表背搭接處的包裹性得到改善；（4）提升了點火電阻引線端頭式產生熱應力的能力；（5）點火電阻的外觀和阻值合格率有所提升，提高了成品率。

[1] 蔡瑞嬌.火工品設計原理[M].北京:北京理工大學出版社, 1999.

[2] 王廣海,李國新,阿蘇那.薄膜橋火工品的制備與性能研究[J].含能材料, 2008, 16(5):543-546.

[3] 胡清云.提高聚酰亞胺與合金箔粘結力的措施[J].中國粘合劑,1986(4):31-32.

[4] 谷卿.疊層片式電感三層電鍍[J].電鍍與涂飾,2002,21(5): 7-10.

[5] 李異,李建三.電鍍前處理與后處理[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2008.

[6] 李建三,李異,廖景娛.低溫化學鍍鎳工藝及鍍層性能的研究[J].新技術新工藝,2002(3):37-40.

Effect of Binding Force between NiCr Alloy Foil and Ni Layer on Welding Property of Ignition Resistance

WEI Xu-man，ZHU Xue-ting，WEN Zhan-fu

(Yunke Electronics Co. Ltd., China Zhenhua Group, Guiyang, 550018)

To improve the welding property of ignition resistance, and study the effects of binding force between NiCr alloy foil and Ni layer on welding property, the processing was optimized on specialization surface treatment of NiCr foil and electroplating. The results show that the binding force between NiCr alloy foil and Ni layer was improved obviously, and resistance changed from 0.2Ω down to less than 0.05Ω after welding heat test, with special liquid 40℃ water bath treatment for 30s before plating, and adding PP ball in the roller during shock nickel plating.

Ignition resistance；NiCr alloy foil；Ni layer；Shock nickel plating；Binding force；Welding property

TJ45+3

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.03.004

1003-1480（2019）03-0014-03

2019-04-24

魏栩曼(1990-)，男，助理工程師，主要從事點火電阻及數(shù)碼電子雷管的研究。