CN101204762A

CN101204762A - 铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂

Info

Publication number: CN101204762A
Application number: CNA2007103024703A
Authority: CN
Inventors: 苏明斌; 谢明贵; 苏传港; 苏燕旋; 苏传猛; 晏和刚
Original assignee: CHENGLI SOLDER Manufacturing Co Ltd KUNSHAN
Current assignee: CHENGLI SOLDER Manufacturing Co Ltd KUNSHAN
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: CN101204762B

Abstract

本发明公开了一种铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，它由下述重量百分比组成：可被铝还原的金属盐：5～50％、去膜剂：10～50％、润湿剂：3～40％、活化剂：3～20％、表面活性剂：1～15％、缓蚀剂：2～20％和余量为载体组成。本发明在焊接温度上与无铅焊料有极佳的匹配效果，其适用于与无铅焊料制成焊丝或焊膏。焊后焊接强度高，扩展率好，属环保型助焊剂，具有对铝及铝合金焊接的缓蚀保护且制备方法简单易行，当然本例也可用于不锈钢、镀锌铁、镍合金、铜及铜合金等材料的无铅软钎焊，同样具上述效果。

Description

铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂

技术领域：

本发明是一种适用于电器、仪表、通信、电光源等电子设备中铝及铝合金，以及铝及铝合金制造的散热器、冷凝器、散热管的无铅软钎焊用的助焊剂；本发明的这种助焊剂也适用于不锈钢，镀锌铁，镍合金，铜及铜合金等材料的无铅软钎焊。

背景技术：

传统的金属软钎焊是：加热焊接时利用助焊剂将金属基材表面的氧化物除去，而熔融的锡焊料与去除了氧化物的金属通过物理吸附和化学吸附生成金属间化合物，使锡焊料与被焊金属焊接在一起。性能好的助焊剂能增加焊料的流动性(润湿性能)，使焊接面积加大，提高焊接性能。目前，锡焊料对铝及铝合金的软钎焊也是按这一焊接机理进行焊接。

铝及铝合金具有很好的导电和导热特性，而且比重小，延展性好，抗腐蚀性强。在电子设备、照相行业以及散热器、冷却器的制造等有广泛的应用。由于铝在价格和资源上比铜有很大优势，近年来的电子元器件及引线也在不断推出铝代铜的产品，而铝及其合金表面有一层致密的、稳定的氧化膜对铝表面可起到保护的作用，使它有很好的抗腐蚀性。正是铝及其铝合金表面的这层氧化膜使得它们很难钎焊，加之铝及其合金的熔点不低于600℃，采用这种软钎焊(焊接温度低于300℃)很难达到技术要求。

当前国内外铝及铝合金的钎焊有两类。一是1963年荷兰专利(NL145482)推出的KAlF₄-K₃AlF₆的中间化合物形成的共晶物为主作焊剂的铝及铝合金钎焊法，通常称为Nocolok法。此方法一直都在不断改进，降低焊接温度和提高焊接强度，使之达到更好的焊接效果。在这些改进的同时，专利也不断出现。德国苏威氟有限公司在全球申请的专利WO2005092563(中国申请号CN1933934)《基于碱金属氟铝酸盐并含有共沉淀金属化合物的用于焊接铝和非腐蚀性助焊剂》，这一类铝及铝合金的助焊剂，焊接温度一般都在550℃以上，不适用软钎焊接。

另一类是所谓的软钎焊，焊接温度一般在450℃以下，采用软钎焊焊接铝及铝合金的助焊剂来实现铝及其合金的焊接。在国内有福建师范大学丁友真等1988年申请的发明专利(公开号1035073)《铝及铝合金软钎焊剂及其用途》和邓和升2001年申请的发明专利(公开号CN1209222C)《铝焊锡丝》。他们所发明的铝及铝合金的锡焊助焊剂有些共同的特点：虽然可在略高于锡焊料的熔点下(300℃以下)进行软钎焊接铝和铝合金，但是这两项发明都适用有铅焊料，其助焊剂成分中均含有铅，不是环保的助焊剂。

罗时钟等在《广州化工》2005年33卷第一期第31页至35页发表的″铝用膏状软钎剂的研究″中提出，焊剂中要大量使用剧毒物质氟化氢。2002年日本石川金属珠式会社申请的专利，公开特许公报2002-59293《铝用软钎焊助焊剂》有以上类似结果：

也是采用了大量剧毒物质氟化氢来制备助焊剂，而且还有添加了氟化铅等有毒的重金属化合物的实施例。

综观国内外铝及铝合金软钎焊的助焊剂都没有解决环保问题，也没有找到解决锡对铝及铝合金软钎焊润湿性好、焊接后有较高抗拉强度的助焊剂。

发明内容：

为了克服上述缺陷，本发明提供的一种铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，该助焊剂既适合铝及铝合金软钎焊的无铅化，又采用新的软钎焊接原理，是金属置换型、环保化的新型助焊剂，焊接润湿性好，焊后焊点有较高抗拉强度。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，它由下述重量百分比组成：可被铝还原的金属盐：5～50％、去膜剂：10～50％、润湿剂：3～40％、活化剂：3～20％、表面活性剂：1～15％、缓蚀剂：2～20％和余量为载体组成。

所述的可被铝还原的金属盐优选的重量百分比为：5～40％，所述的润湿剂优选的重量百分比为：5～10％，所述的去膜剂优选的重量百分比为：10～40％，所述的表面活性剂优选的重量百分比为：2～10％，所述的活化剂优选的重量百分比为：5～15％，所述的缓蚀剂优选的重量百分比为：4～10％，和余量为载体。

所述的去膜剂至少为乙二胺、二乙撑三胺、三乙撑四胺、四乙撑五胺、羟乙基胺、二羟乙基胺、三羟乙基胺、羟丙基胺、二羟丙基胺和三羟丙基胺中的一种。

所述的可被铝还原的金属盐至少为氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、氟硼酸镍、氯化亚锡、氯化镍、氯化锌、溴化亚锡、溴化镍、溴化锌、硫酸亚锡、硫酸锌、硫酸镍、硝酸亚锡、硝酸锌、硝酸镍、硝酸银、醋酸亚锡、醋酸锌、醋酸镍、醋酸银和氟硼酸银中的一种。

所述的润湿剂至少为氟硼酸钠、氟硼酸钾、氟硼酸铵和氟硼酸锂中的一种。

所述的活化剂至少为二乙胺盐酸盐、二丁胺盐酸盐、吗啉盐酸盐、三乙胺盐酸盐和环己胺氢溴酸盐中的一种。

所述的表面活性剂至少为溴化十六烷基吡啶、氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷基三甲铵、氯化十六烷基三丁铵、FSC-100氟表面活性剂、F154氟表面活性剂和OP-10中的一种。

所述的缓蚀剂至少为哌嗪、N-甲基哌嗪、N-二乙基哌嗪、吗啉、N-甲基吗啉、5-苯基四氮唑、十二烷基苯并咪唑啉和咪唑啉中的一种。

所述的载体至少为聚乙二醇6000-200000、聚氨酯树脂和乙基纤维素中的一种。

本发明可与无铅焊料制成锡丝或锡膏。

本发明是在研究各种金属盐及其配合物在铝的软钎焊中的行为中，发现了采用适当的配体与Sn²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Ag⁺等可形成一种能被铝及其合金在较高温度下(200℃以上)迅速还原成相应的单质金属(锡，镍，锌，银)，并能进入铝的晶格形成合金。这些新生成的金属同时又融入锡焊料中，于是便获得极好的软钎焊接效果，抗拉强度高，这为软钎焊接提供了新的思路，也是本发明的核心。

为获得本发明预期的效果，选用了去膜剂(多羟基烷基胺作配体)，还添加表面活性剂和活化剂增加助焊剂的润湿性和活性；再添加缓蚀剂，降低了焊接后残留物的腐蚀性。

本发明的有益效果是：在焊接温度上与无铅焊料有极佳的匹配效果，其适用于与无铅焊料制成焊丝或焊膏。焊后焊接强度高，扩展率好，属环保型助焊剂，具有对铝及铝合金焊接的缓蚀保护且制备方法简单易行，当然本例也可用于不锈钢、镀锌铁、镍合金、铜及铜合金等材料的无铅软钎焊，同样具上述效果。

具体实施方式

实施例1

本发明的组成及组份重量百分含量如下：

可还原的金属盐氟硼酸亚锡 12％

去膜剂三羟乙基胺 28％

润湿剂氟硼酸钾 15％

活化剂三乙胺盐酸盐 5％

表面活性剂 OP-10 5％

缓蚀剂 5-苯并基四唑 5％

载体聚乙二醇10000 30％

按以上组份含量混合加热搅拌均匀后，蒸馏脱水后体系变成乳白色膏状物；

对其性能进行测试，测试结果为：扩展率92％，钎接头抗拉强度大于98N，高于铝丝本身的强度(98N)。

取实施例1中的0.5g乳白色膏状物放在25mm×50mm×1mm的铝板上，在240℃的热浴上加热30秒后取下，用水清洗表面后获得一金属层，X-衍射表明，助焊剂中的Sn²⁺被还原成金属锡，并与铝形成了合金。

实施例2

本发明的组成及组份重量百分含量如下：

可还原的金属盐氟硼酸亚锡 8％

氟硼酸锌 5％

去膜剂三羟乙基胺 30％

润湿剂氟硼酸铵 15％

活化剂环己胺氢溴酸盐 5％

表面活性剂溴代时六烷基吡啶 5％

缓蚀剂哌嗪 4％

载体聚乙二醇20000 28％

实施例3

本发明的组成及组份重量百分含量如下：

可还原的金属盐氟硼酸亚锡 8％

氟硼酸锌 5％

去膜剂二羟乙基胺 30％

润湿剂氟硼酸钠 15％

活化剂三乙胺盐酸盐 5％

表面活性剂 FSN100 2％

缓蚀剂吗啉 5％

载体聚乙二醇100000 30％

对其性能进行测试，测试结果为：扩展率93％，钎接头抗拉强度大于98N，高于铝丝本身的强度(98N)。

测试方法：

1、扩展率

参考国家标准GB/T9491-2002″锡焊用液态焊剂(松香型)″中5.8扩展率的测试法。试验时用25mm×50mm×1.0mm的铝板代替50mm×50mm×0.5mm的铜板，将铝板用脱脂棉蘸丙酮去油污后待用。焊料用Sn-0.7Cu的焊料，试验的温度在260℃。扩展率E按下面公式计算：

E＝[(D-Hav)/D]×100％

D＝1.2407V/3

D为焊球的直径cm，V为球的体积cm³，Hav为平均焊点高度cm。

2、钎接头抗拉强度的测试

参考国家标准GB 3955-83《圆铝线的机械性能应符合的规律》，采用的LF21型铝丝φ0.30-1.00mm作抗拉强度测试。

本发明尤其针对用于铝及铝合金的无铅软钎焊，当然同时也可用于不锈钢、镀锌铁、镍合金、铜及铜合金等材料的无铅软钎焊。因此当本发明用于不锈钢、镀锌铁、镍合金、铜及铜合金等材料的无铅软钎焊时也为本发明要求保护范围。

Claims

1.一种铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：它由下述重量百分比组成：可被铝还原的金属盐：5～50％、去膜剂：10～50％、润湿剂：3～40％、活化剂：3～20％、表面活性剂：1～15％、缓蚀剂：2～20％和余量为载体组成。

2.根据权利要求1所述的铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：它由下述重量百分比组成：可被铝还原的金属盐：5～40％、去膜剂：10～40％、润湿剂：5～10％、活化剂：5～15％、表面活性剂：2～10％、缓蚀剂：4～10％和余量为载体组成。

3.根据权利要求1或2所述的铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：所述的去膜剂至少为乙二胺、二乙撑三胺、三乙撑四胺、四乙撑五胺、羟乙基胺、二羟乙基胺、三羟乙基胺、羟丙基胺、二羟丙基胺和三羟丙基胺中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：所述的可被铝还原的金属盐至少为氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、氟硼酸镍、氯化亚锡、氯化镍、氯化锌、溴化亚锡、溴化镍、溴化锌、硫酸亚锡、硫酸锌、硫酸镍、硝酸亚锡、硝酸锌、硝酸镍、硝酸银、醋酸亚锡、醋酸锌、醋酸镍、醋酸银和氟硼酸银中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：所述的润湿剂至少为氟硼酸钠、氟硼酸钾、氟硼酸铵和氟硼酸锂中的一种。

6.根据权利要求1或2所述的铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：所述的活化剂至少为二乙胺盐酸盐、二丁胺盐酸盐、吗啉盐酸盐、三乙胺盐酸盐和环己胺氢溴酸盐中的一种。

7.根据权利要求1或2所述的铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：所述的表面活性剂至少为溴化十六烷基吡啶、氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷基三甲铵、氯化十六烷基三丁铵、FSC-100氟表面活性剂、F154氟表面活性剂和OP-10中的一种。

8.根据权利要求1或2所述的铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：所述的缓蚀剂至少为哌嗪、N-甲基哌嗪、N-二乙基哌嗪、吗啉、N-甲基吗啉、5-苯基四氮唑、十二烷基苯并咪唑啉和咪唑啉中的一种。

9.根据权利要求1或2所述的铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂，其特征在于：所述的载体至少为聚乙二醇6000-200000、聚氨酯树脂和乙基纤维素中的一种。