CN101704144B - 一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法 - Google Patents
一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101704144B CN101704144B CN2009102311682A CN200910231168A CN101704144B CN 101704144 B CN101704144 B CN 101704144B CN 2009102311682 A CN2009102311682 A CN 2009102311682A CN 200910231168 A CN200910231168 A CN 200910231168A CN 101704144 B CN101704144 B CN 101704144B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- aluminium
- zinc
- low temperature
- dissimilar metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本发明公开了一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，是在松香酒精有机钎剂的润湿作用下，通过锌基钎料实现了铜与铝板材的低温钎焊连接。本发明方法具有工艺简单、制造成本低、生产周期短、能实现批量生产和便于推广应用等优点。采用本发明方法可以获得界面结合良好的铜与铝钎焊接头，钎焊接头合格率100％。经试验测试：铜与铝钎焊接头的剪切强度大于40MPa，抗拉强度大于80MPa，能够满足电力设备上对铜与铝连接接头的各种需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种异种金属间的焊接方法，尤其涉及一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，属于焊接技术领域。
背景技术
由于铜与铝具有的导热性、导电性和成本等优势的互补，使得铜与铝接头在化工、电力、制冷等工业领域中有着广泛的应用。铜与铝形成的连接件可以减轻构件的重量、发挥各自的性能优点和降低成本。但由于铜与铝的熔点及物理化学性能差异很大，铜的熔点1083℃，而铝的熔点只有660℃；铜的密度为8.9g/cm3，约为铝的3倍，铜的热导率约为铝的1.5倍；特别是铝在加热过程中表面易形成氧化膜，因此实际工作中要实现铜/铝接头可靠焊接的难度很大。
铜与铝焊接难度主要表现在：①铜与铝之间的冶金不相容性，焊接时难以形成固溶体焊缝组织；②铜与铝负电性差异较大，在合金中极易形成脆硬的铜-铝金属间化合物，这些脆硬的金属间化合物是引起焊接裂纹的重要原因；③铜与铝熔点相差很大，当铝熔化时，铜仍处于固态，难以熔合；④铜与铝的线膨胀系数相差较大，铝的线膨胀系数比铜的线膨胀系数大约50％，焊接时产生较大的应力，易产生裂纹，严重时甚至使焊缝与母材剥离。
到目前为止，铜与铝异种金属的焊接较多采用非熔化焊方法，如摩擦焊、爆炸焊、超声波焊、压力焊、钎焊等。但摩擦焊只能用于焊接铜-铝管接头，超声波焊及压力焊设备复杂，成本较高。而且，受工艺条件的影响，这些焊接方法在焊接铜-铝板材及应用方面受到一定的限制。
电工产品以铝代铜后，突出问题是接头的可靠连接。目前铜与铝钎焊大多是采用高温钎料(580～620℃)和中温钎料(420～480℃)，如能实现铜与铝的低温(＜400℃)钎焊，对推进铜与铝接头的应用将有很好的前景。
发明内容
针对现有铜与铝异种金属间焊接技术存在的不足，本发明要解决的问题是提出一种经济实用的铜与铝异种金属间的低温(＜400℃)钎焊方法。利用本发明的方法可以在较低温度下实现铜板与铝板的可靠钎焊连接，形成界面结合稳定、密封性好的铜-铝复合板材，以满足电力设备上对铜-铝钎焊连接及制备铜-铝复合板的需求。
本发明的铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，由下述步骤完成：
(1)焊前去除待焊铜板和铝板表面的油污和氧化膜，使其表面尽可能光洁和无任何杂质，并且干燥；
(2)以松香与无水酒精制备质量百分比为3％～15％的钎剂，并将松香酒精溶液的钎剂涂擦于铜板与铝板待焊叠合面之间；
(3)以质量百分比计，制备成分为Zn 92％～98％、Pb 2％～8％的锌基钎料(钎料中的Pb起细化晶粒作用)，然后将锌基钎料去除其表面油污和氧化膜后置于坩埚中加热到350～400℃；
(4)将步骤(3)所述涂有松香酒精钎剂的铜与铝待焊件以铝板-钎剂-铜板的叠放次序夹紧，浸入到350～400℃液态锌基钎料中(松香酸在380℃以上迅速挥发，产生急剧膨胀，形成单位能量很大的冲击波，使氧化铝膜破裂；呈蜂窝状的氧化铝膜微观结构是存留松香酸的缝隙，为下一步锌基钎料铺展润湿创造了条件)，保温5～10min，使润湿的锌基钎料在铜与铝之间形成界面结合而实现铜与铝异种金属间的钎焊(钎焊过程中，由于锌基钎料中加入了Pb，增加了Zn与Pb之间的电位差，可增大氧化铝膜被溶蚀的速率，增强钎料与铜-铝的界面结合)。
其中：所述铜板表面油污的去除方法是，将铜板置于80～90℃的重量百分比为10％NaOH的水溶液中，浸洗8～10min，然后取出用清水将其表面冲洗干净，烘干。
其中：所述铜板表面氧化膜的去除方法是，将铜板置于含有重量百分比为1％～3％的碳酸钠并含有体积百分比为12.5％硫酸的水溶液中，在温度20～80℃下，浸洗5～7min，然后取出用清水将其表面冲洗干净，烘干。
其中：所述铝板表面油污和氧化膜的去除方法是，将铝板置于体积百分比为30％～35％硝酸水溶液中(体积百分比为30％～35％硝酸的水溶液，用58％～62％HNO3+纯净水配制)，室温下清洗5～15min，然后用清水冲洗干净，烘干。
其中：所述锌基钎料去除其表面油污和氧化膜的方法是，将锌基钎料置于体积百分比为30％～35％硝酸水溶液中，在温度30～38℃条件下浸洗10～15min，取出用冷水将其表面冲洗干净，烘干。
上述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法中：所述钎剂中松香与无水酒精的质量百分比优选为5％。所述锌基钎料成分以质量百分比计优选为95％Zn和5％Pb。
上述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法中：步骤(4)所述涂有松香酒精钎剂的铜-铝待焊件以铝板-钎剂-铜板的叠放次序用不锈钢工装板夹紧，优选浸入380℃液态锌基钎料中，保温8～10min。
上述的使铜与铝异种金属的低温钎焊方法中，所述由松香酒精溶液配制的钎剂中，松香的成分是松香酸C20H30O2，熔化温度是173℃，在380℃以上会迅速挥发，能微量溶解氧化铝膜和氧化铜层。
其中，上述锌基钎料最好熔炼制成条状，密封放置以防止氧化。
上述的铜与铝异种金属的低温钎焊方法中，步骤(4)所述焊接工件可多层叠放，每层之间用不锈钢工装板夹紧。
利用本发明的铜与铝异种金属的低温钎焊方法，在松香酒精有机钎剂的润湿作用下，通过锌基钎料实现了铜与铝板材的低温钎焊连接，并且形成的铜与铝钎焊接头界面结合稳定、密封性好、连接可靠，能够满足电力设备上对铜与铝连接接头的各种需求。本发明涉及的铜与铝低温钎焊方法具有工艺简单、制造成本低、生产周期短、能实现批量生产和便于推广应用等优点。采用本发明给出的工艺方法，可以形成界面结合良好的铜-铝钎焊接头，钎焊街头合格率100％。经试验测试：铜与铝钎焊接头的剪切强度大于40MPa，抗拉强度大于80MPa。
具体实施方式
实施例1：
厚度2mm的纯铜板C11000(T2)与厚度6mm的纯铝板1035(L4)的低温钎焊。工件长度为80mm，宽度为60mm。
具体低温钎焊工艺步骤如下：
1)焊前准备
钎焊前将纯铝板1035浸入25℃的体积百分比为30％硝酸(用浓度58％～62％HNO3+纯净水配制)水溶液中，浸洗12min，去除表面的油污和氧化膜，然后经清水冲洗后，用热风吹干；将纯铜板C11000(T2)置于80～90℃的重量百分比为10％NaOH的水溶液中，浸洗10min，取出用清水将其表面冲洗干净，烘干后，再置于含有重量百分比为2％的碳酸钠和体积百分比为12.5％硫酸的水溶液中，在45～50℃温度下，浸洗5min，然后取出用清水将其表面冲洗干净，烘干。
在清洗干净的纯铜板与铝板待焊面之间涂擦由松香酒精溶液配制的钎剂，其中钎剂中松香与无水酒精的质量百分比为5％。
2)低温钎焊
以质量百分比计，制备成分为Zn 95％、Pb 5％的锌基钎料，将锌基钎料置于坩埚中加热到380℃，把涂有松香酒精钎剂的纯铜与铝板待焊件以铝板-钎剂-铜板的叠放次序夹紧，迅速浸入380℃液态钎料中，松香酸在380℃以上迅速挥发，产生急剧膨胀，使氧化铝膜破裂，为锌基钎料铺展润湿创造了条件。
保温8min，使润湿的锌基钎料在铜与铝之间形成界面结合而实现铜与铝异种金属间的钎焊(钎焊过程中，由于锌基钎料中加入了Pb，增加了Zn与Pb之间的电位差，可增大氧化铝膜被溶蚀的速率，增强钎料与铜/铝的界面结合)。
经测试，得到的纯铜板C11000与纯铝1035低温钎焊接头的剪切强度为50MPa，抗拉强度为90MPa。
实施例2：
厚度1mm的纯铜板C11000(T2)与厚度4mm的防锈铝板3Al2(LF21)的低温钎焊。工件尺寸：纯铜板60mm×40mm，铝板100mm×40mm。
具体钎焊工艺步骤如下：
1)焊前准备
钎焊前将纯铜板C11000(T2)置于80～90℃的重量百分比为10％NaOH的水溶液中，浸洗10min，取出用清水将其表面冲洗干净，烘干后，再置于含有重量百分比为2％的碳酸钠和体积百分比为12.5％硫酸的水溶液中，在50～57℃温度下，浸洗5min，然后取出用清水将其表面冲洗干净，烘干。将防锈铝板3Al2(LF21)浸入30℃的体积百分比为30％硝酸(用浓度60％HNO3+纯净水配制)水溶液中，浸洗12min，去除表面的油污和氧化膜，然后经清水冲洗后，用热风吹干。
在清洗干净的纯铜板与铝板待焊面之间涂擦由松香酒精溶液配制的钎剂，其中钎剂中松香与无水酒精的质量百分比为10％。
2)低温钎焊
将锌基钎料置于坩埚中加热到350～400℃，锌基钎料的成分为(以质量百分比计)：Zn 95％，Pb 5％。把涂有松香酒精钎剂的纯铜与防锈铝板待焊件以铝板-钎剂-铜板的叠放次序夹紧，浸入350～400℃液态钎料中，保温10min，使润湿的锌基钎料在铜与铝之间形成界面结合而实现铜与铝异种金属间的钎焊。
经测试，得到的纯铜板C11000与防锈铝3Al2(LF21)低温钎焊接头的剪切强度为65MPa，抗拉强度为105MPa。
Claims (8)
1.一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，由下述步骤完成：
(1)焊前去除待焊铜板和铝板表面的油污和氧化膜，使其表面光洁和无任何杂质，并且干燥；
(2)以松香与无水酒精制备松香质量百分比为3％～15％的钎剂，并将松香酒精溶液的钎剂涂擦于铜板与铝板待焊叠合面之间；
(3)以质量百分比计，制备成分为Zn 92％～98％、Pb 2％～8％的锌基钎料，然后将锌基钎料去除其表面油污和氧化膜后置于坩埚中加热到350～400℃；
(4)将涂有松香酒精钎剂的铜与铝待焊件以铝板-钎剂-铜板的叠放次序夹紧，浸入到350～400℃液态锌基钎料中，保温5～10min，使润湿的锌基钎料在铜与铝之间形成界面结合而实现铜与铝异种金属间的钎焊。
2.如权利要求1所述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，其特征在于：所述铜板表面油污的去除方法是，将铜板置于80～90℃的重量百分比为10％NaOH的水溶液中，浸洗8～10min，然后取出用清水将其表面冲洗干净，烘干。
3.如权利要求1所述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，其特征在于：所述铜板表面氧化膜的去除方法是，将铜板置于含有重量百分比为1％～3％的碳酸钠并含有体积百分比为12.5％硫酸的水溶液中，在温度20～80℃下，浸洗5～7min，然后取出用清水将其表面冲洗干净，烘干。
4.如权利要求1所述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，其特征在于：所述铝板表面油污和氧化膜的去除方法是，将铝板置于体积百分比为30％～35％硝酸水溶液中，室温下清洗5～15min，然后用清水冲洗干净，烘干。
5.如权利要求1所述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，其特征在于：所述锌基钎料去除其表面油污和氧化膜的方法是，将锌基钎料置于体积百分比为30％～35％硝酸水溶液中，在温度30～38℃条件下浸洗10～15min，取出用冷水将其表面冲洗干净，烘干。
6.如权利要求1所述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，其特征在于：所述钎剂中松香的质量百分比为5％。
7.如权利要求1所述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，其特征在于：所述锌基钎料成分以质量百分比计为95％Zn和5％Pb。
8.如权利要求1所述铜与铝异种金属间的低温钎焊方法，其特征在于：步骤(4)所述涂有松香酒精钎剂的铜与铝待焊件以铝板-钎剂-铜板的叠放次序用不锈钢工装板夹紧，浸入380℃液态锌基钎料中，保温8～10min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009102311682A CN101704144B (zh) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | 一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009102311682A CN101704144B (zh) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | 一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101704144A CN101704144A (zh) | 2010-05-12 |
| CN101704144B true CN101704144B (zh) | 2011-08-10 |
Family
ID=42374432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009102311682A Expired - Fee Related CN101704144B (zh) | 2009-12-10 | 2009-12-10 | 一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101704144B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101856758B (zh) * | 2010-05-28 | 2012-02-01 | 河海大学常州校区 | 硬质合金钢制件与45钢制件的焊接方法 |
| CN102513637A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-06-27 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种铜铝过渡线夹的铜铝钎焊工艺 |
| CN102765564B (zh) * | 2012-06-13 | 2015-01-14 | 宁波联合华发五金机械有限公司 | 油料加热器及其焊接方法 |
| CN104863941A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-08-26 | 欧卉 | 钢-铝复合材料过渡接头对接和角接接头的密封方法 |
| CN107175395B (zh) * | 2017-05-31 | 2019-07-02 | 重庆科技学院 | 提高Al-Cu点焊质量的方法 |
| CN114453793B (zh) * | 2021-01-15 | 2024-03-26 | 重庆理工大学 | 一种异材固相互连Zn基混合粉末及连接工艺 |
-
2009
- 2009-12-10 CN CN2009102311682A patent/CN101704144B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101704144A (zh) | 2010-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100349683C (zh) | 一种使铜－铝接头结合强度高的扩散钎焊方法 | |
| CN101704144B (zh) | 一种铜与铝异种金属间的低温钎焊方法 | |
| KR101554297B1 (ko) | 플럭스-프리 솔더링용 알루미늄 복합재 | |
| CN103111743B (zh) | 一种钢与铝或铝合金的快速焊接方法 | |
| CN102489813B (zh) | 钼铜合金与不锈钢的真空活性钎焊工艺 | |
| CN105108272B (zh) | 一种异种金属焊接的方法和装置 | |
| CN105479030A (zh) | 活性耐腐蚀SnZn基钎料及其制备方法与低温超声钎焊陶瓷和/或复合材料及铝、镁合金方法 | |
| CN104084658B (zh) | 一种镁合金与钢的接触反应扩散钎焊连接方法 | |
| Nagaoka et al. | Joint strength of aluminum ultrasonic soldered under liquidus temperature of Sn–Zn hypereutectic solder | |
| Nagaoka et al. | Selection of soldering temperature for ultrasonic-assisted soldering of 5056 aluminum alloy using Zn–Al system solders | |
| CN101214569A (zh) | 泡沫铝的钎焊方法 | |
| CN103447668B (zh) | 一种弥散铜的焊接方法 | |
| CN101474699A (zh) | 铝或铝合金的超声波软钎焊方法 | |
| CN110682029B (zh) | 一种石墨与不锈钢的接触反应用活性连接剂及钎焊方法 | |
| CN102873422B (zh) | 一种铝及铝合金与铜的扩散钎焊工艺 | |
| CN108453414A (zh) | 一种Sn基复合焊料片的制备方法 | |
| CN103084714A (zh) | 一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝tig焊接方法 | |
| CN103567619A (zh) | 铜-铝异种金属快速连接方法 | |
| CN112894123A (zh) | 一种铝铜异种金属的搅拌摩擦焊接方法 | |
| CN102489815A (zh) | 超级镍叠层复合材料的非晶钎焊工艺 | |
| CN101992331A (zh) | 超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的真空钎焊工艺 | |
| CN102886589A (zh) | 耐腐蚀合金材料蒙乃尔400的焊接工艺 | |
| CN104191085B (zh) | 一种铝-钢-铝添加准晶中间层的低温扩散连接方法 | |
| CN111299833A (zh) | 钛合金与不锈钢的异种金属脉冲激光焊接方法 | |
| CN105925948A (zh) | 一种铝合金表面活化连接方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110810 Termination date: 20131210 |