CN101733498B - 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，它涉及异种材料的软钎焊方法。本发明解决了因SiCp/Al复合材料和可伐金属熔化焊焊接接头强度低难以焊成工程结构的问题。本发明方法是将高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面化学镀Ni-P，组装待焊件后在钎剂及保护气氛下进行软钎焊焊接。本发明的钎料与可伐合金及镀镍层产生了互扩散，形成了致密的冶金结合。本发明方法连接碳化硅颗粒体积分数为55％的SiCp/Al与可伐合金4J29的接头剪切强度为225MPa。
Description
技术领域
本发明涉及异种材料的软钎焊方法。
背景技术
高体积分数SiCp/Al复合材料因具有结构/热控/防共振一体化多功能特色，近几年在我国航空航天光电探测系统(精密零部件)及微电子系统(电子封装件)中得到认可和青睐。由于电子封装器件内部的要求，某些器件的材料还不能完全由铝基复合材料所代替，加上内部芯片对环境温度的限制，在制造工艺上必须采用铝基复合材料与可伐合金的异种材料软钎接技术。
材料界通常把增强相体积分数超过30％即视为高体积分数复合材料。由于增强相与基体在物理、化学性能的巨大差异，母材熔化后会产生气孔、未熔合及界面反应等缺陷，难以形成外观成形良好的焊缝，焊缝内部也会产生界面反应，生成脆性组织，使其熔化焊焊接接头强度低，难以焊成工程结构，成为该种材料推广应用的重要障碍，有时甚至是瓶颈难题。因此，采用母材不熔化的钎焊技术解决其焊接性难题具有重要意义。
发明内容
本发明目的是为了解决因高体积分数SiCp/Al复合材料和可伐金属熔化焊焊接接头强度低难以焊成工程结构的问题；而提供了高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法。
高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法是按下述步骤进行的：一、经a.除油、b.酸洗粗化、c.敏化、d.活化、e.还原、f.酸性镀Ni-P的步骤在碳化硅颗粒体积分数为55％～75％的SiCp/Al复合材料表面进行化学镀Ni-P；二、分别将经步骤一处理后的SiCp/Al复合材料和可伐金属的待焊表面用丙酮去油8min，用乙醇把钎剂调成糊状后涂敷在箔状钎料两侧，在箔状钎料两侧形成厚度为40～80微米钎剂层，然后将箔状钎料置于SiCp/Al复合材料和可伐金属的待焊面之间，将即得到由SiCp/Al复合材料-钎剂层-钎料-钎剂层-可伐金属组成的待焊件；三、将待焊件置于辐射加热炉内，在420℃温度、氩气气氛下保温7min，随炉冷却；即完成了高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钎接，步骤二所述箔状钎料为钎料Zn38Cd57Ag2Cu3。
本发明的钎料与可伐合金及镀镍层产生了互扩散，形成了致密的冶金结合。本发明方法连接碳化硅颗粒体积分数为55％的SiCp/Al与可伐合金4J29的接头剪切强度为225MPa。
附图说明
图1是具体实施方式十一中钎焊复合材料与可伐合金的钎缝照片；图2是具体实施方式十一中钎焊复合材料与可伐合金的钎缝放大照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法是按下述步骤进行的：一、经a.除油、b.酸洗粗化、c.敏化、d.活化、e.还原、f.酸性镀Ni-P的步骤在碳化硅颗粒体积分数为55％～75％的SiCp/Al复合材料表面进行化学镀Ni-P；二、分别将经步骤一处理后的SiCp/Al复合材料和可伐金属的待焊表面用丙酮去油8min，用乙醇把钎剂调成糊状后涂敷在箔状钎料两侧，在箔状钎料两侧形成厚度为40～80微米钎剂层，然后将箔状钎料置于SiCp/Al复合材料和可伐金属的待焊面之间，将即得到由SiCp/Al复合材料-钎剂层-钎料-钎剂层-可伐金属组成的待焊件；三、将待焊件置于辐射加热炉内，在420℃温度、氩气气氛下保温7min，随炉冷却；即完成了高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钎接，步骤二所述箔状钎料为钎料Zn38Cd57Ag2Cu3。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述“a.除油”是室温下，在丙酮中超声处理10min，再水洗后吹干。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述“b.酸洗粗化”是室温下在HF和HNO3混合溶液中腐蚀粗化10min，再水洗后吹干，其中所述HF和HNO3混合溶液中HF、HNO3与水的质量为1∶3∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：步骤一中所述“c.敏化”是室温下在SnCl2溶液中敏化，抖动3min，再水洗后吹干，所述SnCl2溶液由SnCl2、密度为1.19g/em3的浓盐酸和水制成，其中SnCl2的浓度为10g/L，浓盐酸与H2O的体积比为1∶25，浓盐酸的质量浓度为36.5％。其它步骤和参数与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的是：步骤一中所述“d.活化”是室温下在PdCl2溶液中活化2min，再水洗后吹干，所述PdCl2溶液由PdCl2、乙醇和H2O配制而成，其中PdCl2的浓度为0.4g/L，乙醇和H2O的体积比为1∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是：步骤一中所述“e.还原”是在室温下在浓度为30g/L的NaH2PO2·H2O溶液中还原1min，再水洗后吹干。其它步骤和参数与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六不同的是：步骤一中所述“f.酸性镀Ni-P”在90℃条件下，酸性镀液中化学镀20分钟，再水洗后吹干。其它步骤和参数与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述酸性镀液由NiSO4·7H2O、NaH2PO2·H2O、质量浓度为80％的C3H6O3、H3BO3、NaF、KIO3、乳酸和水配制成的，酸性镀液的pH值为4.6，其中NiSO4·7H2O的浓度为30g/L，NaH2PO2·H2O浓度为20g/L，C3H6O3的浓度为22mL/L，H3BO3的浓度为10g/L，NaF的浓度为1g/L，KIO3的浓度为0.002g/L，所述酸性镀液的pH值用NH3·H2O调节。其它步骤和参数与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八不同的是：步骤二中所述箔状钎料的厚度为100～150μm。其它步骤和参数与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤二中所述钎剂为ZnCl2粉末。其它步骤和参数与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式对碳化硅颗粒体积分数为55％的SiCp/Al与可伐合金4J29进行异种材料的连接，连接方法是按下述步骤进行的：一、在碳化硅颗粒体积分数为55％～75％的SiCp/ZL101复合材料和可伐金属4J29的表面进行化学镀Ni-P；二、分别将经步骤一处理后的SiCp/Al复合材料和可伐金属4J29的待焊表面用丙酮去油8min，用乙醇把钎剂调成糊状后涂敷在箔状钎料两侧，在箔状钎料两侧形成厚度为40～80微米钎剂层，然后将箔状钎料置于SiCp/Al复合材料和可伐金属4J29的待焊面之间，将即得到由SiCp/Al复合材料-钎剂层-钎料-钎剂层-可伐金属4J29(三明治夹层形式)组成的待焊件；三、将待焊件置于辐射加热炉内，在420℃温度、氩气气氛下保温7min，随炉冷却；即完成了高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接；步骤二所述箔状钎料为钎料Zn38Cd57Ag2Cu3。
本实施方式中SiCp/ZL101复合材料与可伐金属4J29的表面进行化学镀Ni-P方法如下：在室温下，放入丙酮中超声处理10min；然后去离子水洗三至五次后吹干；再在室温下，放入HF和HNO3混合溶液中腐蚀粗化10min，所述HF和HNO3混合溶液中HF、HNO3与水的质量为1∶3∶1；然后去离子水洗三至五次后在吹干；然后在室温下在SnCl2溶液中敏化，抖动3min，再去离子水洗三至五次后吹干，所述SnCl2溶液与具体实施方式四中的相同；再在室温下，放入PdCl2溶液中活化10min，所述PdCl2溶液于具体实施方式五中的相同；然后去离子水洗三至五次后吹干；然后在室温下在浓度为30g/L的NaH2PO2·H2O溶液中还原1min，再水洗后吹干最后放入酸性镀液中，在90℃条件下，酸性镀液中化学镀20分钟，然后去离子水洗三至五次后吹干；其中所述酸性镀液与具体实施方式八中的相同。
附图1，2为使用本发明工艺钎焊复合材料与可伐合金的钎缝照片(复合材料：55％SiCp/ZL101，可伐合金：4J29)，从图2中及各点能谱成分(见表1)表明钎料与可伐合金及镀镍层产生了互扩散，形成了致密的冶金结合。接头剪切强度为225MPa。
表1 各点元素分布分析
Claims (10)
1.高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法是按下述步骤进行的：一、经a.除油、b.酸洗粗化、c.敏化、d.活化、e.还原、f.酸性镀Ni-P的步骤在碳化硅颗粒体积分数为55％～75％的SiCp/Al复合材料表面进行化学镀Ni-P；二、分别将经步骤一处理后的SiCp/Al复合材料和可伐合金的待焊表面用丙酮去油8min，用乙醇把钎剂调成糊状后涂敷在箔状钎料两侧，在箔状钎料两侧形成厚度为40～80微米钎剂层，然后将箔状钎料置于SiCp/Al复合材料和可伐合金的待焊面之间，得到由SiCp/Al复合材料-钎剂层-钎料-钎剂层-可伐合金组成的待焊件；三、将待焊件置于辐射加热炉内，在420℃温度、氩气气氛下保温7min，随炉冷却；即完成了高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钎接，步骤二所述箔状钎料为钎料Zn38Cd57Ag2Cu3。
2.根据权利要求1所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于步骤一中所述“a.除油”是室温下，在丙酮中超声处理10min，再水洗后吹干。
3.根据权利要求2所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于步骤一中所述“b.酸洗粗化”是室温下在HF和HNO3混合溶液中腐蚀粗化10min，再水洗后吹干，其中所述HF和HNO3混合溶液中HF、HNO3与水的质量为1∶3∶1。
4.根据权利要求3所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于步骤一中所述“c.敏化”是室温下在SnCl2溶液中敏化，抖动3min，再水洗后吹干，所述SnCl2溶液由SnCl2、密度为1.19g/cm3的浓盐酸和水制成，其中SnCl2的浓度为10g/L，浓盐酸与H2O的体积比为1∶25，浓盐酸的质量浓度为36.5％。
5.根据权利要求4所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于步骤一中所述“d.活化”是室温下在PdCl2溶液中活化2min，再水洗后吹干，所述PdCl2溶液由PdCl2、乙醇和H2O配制而成，其中PdCl2的浓度为0.4g/L，乙醇和H2O的体积比为1∶1。
6.根据权利要求5所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于步骤一中所述“e.还原”是在室温下在浓度为30g/L的NaH2PO2·H2O溶液中还原1min，再水洗后吹干。
7.根据权利要求6所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于步骤一中所述“f.酸性镀Ni-P”在90℃条件下，酸性镀液中化学镀20分钟，再水洗后吹干。
8.根据权利要求7所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于所述酸性镀液由NiSO4·7H2O、NaH2PO2·H2O、质量浓度为80％的C3H6O3、H3BO3、NaF、KIO3、乳酸和水配制成的，酸性镀液的pH值为4.6，其中NiSO4·7H2O的浓度为30g/L，NaH2PO2·H2O浓度为20g/L，C3H6O3的浓度为22mL/L，H3BO3的浓度为10g/L，NaF的浓度为1g/L，KIO3的浓度为0.002g/L，所述酸性镀液的pH值用NH3·H2O调节。
9.根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于步骤二中所述箔状钎料的厚度为100～150μm。
10.根据权利要求9所述的高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的软钎焊方法，其特征在于步骤二中所述钎剂为ZnCl2粉末。
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