CN102303201B

CN102303201B - 一种中温铝基铝合金焊膏的制备方法

Info

Publication number: CN102303201B
Application number: CN 201110240378
Authority: CN
Inventors: 李晓延; 金哲
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: CN102303201A

Abstract

一种中温铝基铝合金焊膏及其制备方法属于钎焊领域。中温铝基铝合金焊膏包括五部分：a中温铝基合金粉末b氟铝酸铯钎剂或改性氟铝酸铯钎剂c溶剂d粘结剂e添加剂。该发明重点设计了中温Al-Si-Cu-Ge钎料合金系，该合金系固液区间小，熔点低，强度高，施焊温度低。该钎料合金系为铝基合金，成本较低。本发明还设计了新中温铝基焊膏的合成方法。本发明的有机物溶剂、粘结剂，对人体无害，焊后残留物少，粘度可调。本发明便于精确布料，尤其适合形状不规则的焊缝，而且免除了对带材，线材布料而进行二次加工的工作，解决Zn基钎料耐腐蚀性差的缺点。钎剂与钎料的配比准确，适合多种钎焊方法。本发明可以钎焊1～7系列的铝合金。

Description

一种中温铝基铝合金焊膏的制备方法

技术领域

本发明属于钎焊材料技术领域，具体涉及一种新型中温铝基铝合金焊膏，重点是焊膏各组成部分的成分设计及其制备方法。

背景技术

目前中温铝合金钎料主要有以下三大系列：Zn-Al系、Ag-Al-Cu系、Ge-Al-Si系。通过合金化，研究人员成功的降低钎料熔点，但因其中含有贵金属成分多，生产成本大，而且需要将钎料加工成接头所需的形状，然而以上钎料多为脆性钎料，难以加工成接头所需形状的焊材，从而限制了它实际应用与推广。因此，降低贵金属含量，研究脆性钎料的加工成型法，成为了研制中温铝合金钎料的重点。膏状焊接材料，成功地解决了在加料工艺问题上丝状、片状焊接材料的应用缺陷，更广泛的应用于尺寸精密、形状复杂的产品结构焊接。而且膏状钎料不受中温钎料合金脆性的影响。因此焊膏形式是中温铝合金钎料的最佳使用形式。

作为现有的中温铝合金焊膏技术如下：

(1)南京电子器件研究所的涂传政，叶建军等人研制了新型的Ag-Cu-Ge-Sn，Ag-Cu-Sn-In合金系列中温焊膏，其熔化温度处于500-600℃范围，这种焊膏由于Sn，Ag的存在，接头强度和耐腐蚀性达不到要求而且Ag的含量多，成本较高，只适用于要求有良好导电性的电子产业；该焊膏的粘结剂选择丙烯酸酯，单独使用该有机物做载体会有使钎焊性能下降。[叶建军，涂传政等，Ag-Cu-Ge-Sn新型中温焊膏的研制与应用[J]《新技术新工艺》·高效焊接与切割·新产品研究与应用.2007.5：42-44]

(2)广州有色金属金属研究院等单位也进行了中温铝焊膏的研制：通过气流雾化法制备粉状Zn基(Zn-Al合金)铝钎料、化学共沉淀法合成无腐蚀中温铝钎剂、选取白油等作为成膏体，制备出中温铝焊膏。该产品在实际应用中的最大缺点在于钎料合金系选择Zn基(Zn-Al合金)，会存在电化学腐蚀，耐腐蚀性能差，并且不适合真空钎焊方法。白油作为成膏体会有特殊气味，并且会产生残留。[广东省科技厅鉴定的广州有色属研究院完成的“无腐蚀中温铝焊膏的研究及其应用”项目成果，登记号：20080030]

(3)美国福星也研制了中温铝焊膏，钎料粉合金成分(Zn∶Al＝88∶12或85∶15或80∶20)其缺陷如(2)所示。

发明内容

本发明设计一种低成本中温铝基铝合金复合钎料(膏状焊料)，目的在于发明能钎焊低熔点铝合金，为多种铝合金钎焊提供多种钎焊方法，成本低，耐腐蚀性强，稳定性好，涂覆性和钎焊性能均有提高的高性能中温铝合金焊膏，适合复杂焊接接头且适合自动化焊接的焊膏及其制备方法。

中温铝基铝合金焊膏，包括钎料，钎剂，有机溶剂，粘结剂，其特征在于钎料，钎剂，有机溶剂，粘结剂，添加剂的质量比如下：

a钎料：以铝硅合金为基，添加铜，锗元素，形成的Al-Si-Cu-Ge合金系，其中质量分数为：Ge1～40％，Cu1～40％，Al-12Si余量；采用雾化方法制备金属粉末，粒度范围1～200μm；

b钎剂：氟铝酸铯钎剂

c溶剂：脱芳烃有机溶剂；

d粘结剂：选择分子量在500～50000聚异丁烯混合物或单一分子量的聚异丁烯；

e添加剂：表面活性剂，增粘剂，消泡剂之一或者其混合物；

(1)a∶b＝1∶(0-5)

(2)c∶d∶e＝(65～95)∶(5～30)∶(0～5)

(3)将(1)与(2)的混合物以(1)∶(2)＝(0.01～90)∶1配比。

制备所述的中温铝基铝合金焊膏，其特征在于：

a钎料：

(1)按钎料成分配料，放入熔炼容器中；

(2)将NaCl、KCl按质量比1∶1的熔融混合盐倒入装钎料的熔炼容器中，放入在惰性气体保护炉中，加热至钎料熔化；

(3)将熔融金属粉碎成小液滴，在保护气氛下液滴冷凝成颗粒；

(4)粉末筛分分级，取钎料粉末的粒度范围1～200μm；

(5)将粉末真空包装；

b钎剂：取粉末状氟铝酸铯钎剂；

c溶剂：选择脱芳烃有机溶剂；

d粘结剂：选择500～50000范围的不同分子量的异丁烯聚合物作为粘结剂；

e添加剂：选择表面活性剂，增粘剂，消泡剂之一或者其混合物；

中温铝基铝合金焊膏合成步骤：

(1)先将钎料与钎剂混合，或只选择钎料粉末；

(2)将溶剂、聚异丁烯、添加剂混合；

(3)将(1)与(2)的混合物搅拌均匀，配制成焊膏。

具体的：

a钎料：按钎料成分配料-在惰性气体及表面熔盐保护熔炼-压缩气体气流将熔融金属粉碎成小液滴-在保护气氛下液滴冷凝成颗粒-粉末筛分分级取钎料粉末的粒度范围1～200μm-真空包装。

b钎剂：将市售氟铝酸铯钎剂或湿法合成的钎剂烘干，研磨出粒径1～200μm粉末。

c溶剂：选择无芳香环和羟基烃类有机溶剂。

d粘结剂：选择不同分子量的异丁烯聚合物作为粘结剂。

如分子量从500到50000的聚异丁烯，单一分子量或多种不同分量的聚异丁烯混合物。

e添加剂：根据使用条件选择含有消泡剂(硅油、甘油等)，表面活性剂，增粘剂(硬化蓖麻油)等各种添加剂。

本发明的详细技术原理

a钎料：本发明中的钎料以Al-12Si合金为基，添加Cu1～40％、Ge1-40％以降低钎料的熔化温度，对比Ag基钎料降低本，比Zn基钎料提高了强度和耐腐蚀性。采用熔融盐与保护气共保护方法熔炼，气体雾化制粉工艺加工，钎料粉末晶粒组织细小，成分均匀，粉末颗粒表面光滑球形度好。

具体方法：(1)按钎料成分配料，放入熔炼容器中。(2)将NaCl与KCl的熔融混合盐倒入装钎料的熔炼容器中，放入在惰性气体保护炉中，加热合金熔化。(3)气体雾化制粉。压缩气体气流将熔融金属粉碎成小液滴，在保护气氛下液滴冷凝成颗粒。(4)粉末筛分分级取钎料粉末的粒度范围1～200μm，取钎料粉末的粒度范围1～200微米(5)将粉末真空包装。

b钎剂：根据中温钎料的熔化温度(450-530℃)，选择氟铝酸铯钎剂，该钎剂为非反应性铯类钎剂。

c溶剂：选择没有芳香环和羟基的烃类有机溶剂。从挥发性角度讲优先选择沸点在50-350℃烃类有机溶剂。

d粘结剂：选择有机单体的聚合物或均聚物，疏水性单体有苯乙烯、α-甲基苯乙烯，异丁烯等，亲水性单体选择甲基丙烯酸、衣康酸、柠康酸(酐)等。

焊膏合成：

将确定配比的钎料、钎剂、溶剂、粘结剂、添加剂合成焊膏。具体步骤先将a钎料与b钎剂以任何比例混合。之后将c溶剂、d聚异丁烯、e添加剂以一定比例混合物。将c、d、e混合物与钎料钎剂混合物按一定比例搅拌均匀，配制成焊膏。其中比例为：

(1)a∶b＝1∶0-5。a与b的比例根据钎焊时的保护条件选择，当真空钎焊或惰性气体保护效果很好的情况下钎剂可从零增至焊膏铺展性最佳为止；当保护效果不好或是空气炉中钎焊情况下，b与a的比例可以无限大，直至焊膏润湿铺展性能达到最佳.

(2)c∶d∶e＝65～95∶5～30∶0～5。

(3)将(1)与(2)的混合物以(1)∶(2)＝0.01～90∶1配比。

本发明的优点：(1)本发明的合金系具有固液区间小，熔点低，强度高，施焊温度低的优点。(2)该钎料合金系为铝基合金，降低了成本，由于铝基钎料与铝合金的相溶性最佳，因此，在降低钎料溶点并保证Al基成分同时通过气体雾化制备合金粉末是本发明的特点之一；(3)本发明采用氟铝酸铯钎剂，简单方便成本低，焊后无需清理，无腐蚀性。(4)本发明所用的有机物的选择与配制方法制备的中温铝焊膏，溶解性好，成本低，焊接过程无残留，粘度可调。本发明钎剂与钎料的比例可根据焊接方法，焊接生产条件调节。当保护气体充分时，可减少钎剂比例，反之增加。(5)本发明便于精确布料，尤其适合形状不规则的焊缝，而且免除了对带材，线材布料而进行二次加工的工作，钎剂与钎料的配比准确，加料的工艺适合于工业自动化的生产。适合真空钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、火焰钎焊等。可应用于手工涂布，也可通过自动加料器布料。本发明可以钎焊1～7系列的铝合金。

具体实施方式

(除特殊说明外以下实施例中的比例均为质量比)

实施例一

a钎料：合金组成以Cu1％、Ge40％、Al-12Si余量，(1)按钎料成分配料，放入熔炼容器中。(2)，将质量比为NaCl∶KCl＝1∶1熔融混合盐倒入装钎料的熔炼容器中，放入在氩气保护炉中，加热至钎料熔化。(3)氮气雾化制粉。(4)粉末筛分分级取钎料粉末的粒度范围1～200μm。(5)将粉末真空包装待用。

b钎剂：氟铝酸铯中温钎剂。

c溶剂：脱芳烃D80。

d粘结剂：分子量2300(活性)聚异丁烯。

e添加剂：增粘剂(硬化蓖麻油)。

合成步骤：

(1)先将钎料与钎剂以1∶0比例混合。

(2)将溶剂、聚异丁烯、添加剂以93∶5∶2比例混合物。

(3)将(1)与(2)的混合物以90∶1比例搅拌均匀，配制成焊膏。

本焊膏无特殊气味，在玻璃容器中存放2个月后观察，基本没有变化。采用感应钎焊，氮气保护，钎焊母材2024，接头形式为搭接。焊接温度480℃，钎角光滑完整成型良好。

实施例二

a钎料：合金组成以Cu40％、Ge1％、Al-12Si余量，(1)按钎料成分配料，放入熔炼容器中。(2)，将NaCl∶KCl＝1∶1熔融混合盐倒入装钎料的熔炼容器中，放入在氩气保护炉中，加热钎料熔化。(3)氮气雾化制粉。压缩氮气气流将熔融金属粉碎成小液滴，在保护气氛下液滴冷凝成颗粒。(4)粉末筛分分级取钎料粉末的粒度范围1～200μm。(5)将粉末真空包装待用。

b钎剂：氟铝酸铯中温钎剂。

c溶剂：脱芳烃D80。

d粘结剂：分子量2300(活性)聚异丁烯。

e添加剂：span20∶span40＝1∶1。

合成步骤：

(1)先将钎料与钎剂以1∶5比例混合。

(2)将溶剂、聚异丁烯、添加剂以65∶30∶5比例混合物。

(3)将(1)与(2)的混合物以0.01∶1比例搅拌均匀，配制成焊膏。

本焊膏无特殊气味，在玻璃容器中存放2个月后观察，基本没有变化。采用感应钎焊，氮气保护，钎焊母材2024，接头形式为搭接。焊接温度510℃，钎角光滑完整成型良好。

实施例三

a钎料：合金组成以Cu20％、Ge20％、Al-12Si余量，(1)按钎料成分配料，放入熔炼容器中。(2)，将NaCl∶KCl＝1∶1熔融混合盐倒入装钎料的熔炼容器中，放入在惰性体保护炉中，加热钎料熔化。(3)氮气雾化制粉。压缩氮气气流将熔融金属粉碎成小液滴，在保护气氛下液滴冷凝成颗粒。(4)粉末筛分分级取钎料粉末的粒度范围1～200μm(5)将粉末真空包装待用。

b钎剂：氟铝酸铯中温钎剂。

c溶剂：脱芳烃D100。

d粘结剂：分子量2300(活性)聚异丁烯∶分子量为50000的聚异丁烯＝10∶5在80℃下的混合物。

e添加剂：0。

合成步骤：

(1)先将钎料与钎剂以1∶2比例混合。

(2)将溶剂、聚异丁烯、添加剂以70∶30∶0比例混合物。

(3)将(1)与(2)的混合物以3∶1比例搅拌均匀，配制成焊膏。

实施例四

a钎料：合金组成以Cu18％、Ge15％、Al-12Si余量，(1)按钎料成分配料，放入熔炼容器中。(2)，将NaCl∶KCl＝1∶1熔融混合盐倒入装钎料的熔炼容器中，放入在氮气体保护炉中，加热钎料熔化。(3)氩气雾化制粉。压缩氩气气流将熔融金属粉碎成小液滴，在保护气氛下液滴冷凝成颗粒。(4)粉末筛分分级取钎料粉末的粒度范围1～200μm(5)将粉末真空包装待用。

b钎剂：氟铝酸铯中温钎剂。

c溶剂：脱芳烃D80。

e添加剂：消泡剂(硅油)。

合成步骤：

(1)先将钎料与钎剂以1∶1.5比例混合。

(2)将溶剂、聚异丁烯、添加剂以88∶10∶2比例混合物。

(3)将(1)与(2)的混合物以6∶1比例搅拌均匀，配制成焊膏。

以上所示为本发明的一实施方式，但本发明不限于上述实施方式，无庸置疑，可以在本发明的技术思想的范围内进行调整。

本发明具有好的布料性能，以及流动性，润湿性，填缝性，高效率实用性，并且没有特别气味，膏状铝基钎料克服了中温铝合金钎料较脆难于加工布料的缺点，解决Zn基钎料耐腐蚀性差的缺点，适合多种钎焊方法，及不规则接头焊接、补焊等，本发明可使用自动加料器布料，适合于自动化生产。

Claims

1.中温铝基铝合金焊膏的制备方法，所述的中温铝基铝合金焊膏包括钎料，钎剂，有机溶剂，粘结剂，其中钎料，钎剂，有机溶剂，粘结剂，添加剂的质量比如下：

a钎料：以铝硅合金为基，添加铜，锗元素，形成的Al-Si-Cu-Ge合金系，其中质量分数为：Ge1～40%，Cu1～40%，Al-12Si余量；采用雾化方法制备金属粉末，粒度范围1～200μm；

b钎剂：氟铝酸铯钎剂；

c溶剂：脱芳烃有机溶剂；

e 添加剂：表面活性剂，增粘剂，消泡剂之一或者其混合物；

(1)a:b=1：（0-5）

(2)c:d:e=（65～95）：（5～30）：（0～5 ）

(3)将(1)与(2)的混合物以(1):(2)=（0.01～90）：1配比；

其特征在于：

a钎料：

（1）按钎料成分配料，放入熔炼容器中；

（2）将NaCl、KCl按质量比1：1的熔融混合盐倒入装钎料的熔炼容器中，放入在惰性气体保护炉中，加热至钎料熔化；

（3）将熔融金属粉碎成小液滴，在保护气氛下液滴冷凝成颗粒；

（4）粉末筛分分级，取钎料粉末的粒度范围1～200μm；

（5）将粉末真空包装；

b钎剂：取粉末状氟铝酸铯钎剂；

c溶剂：选择脱芳烃有机溶剂；

中温铝基铝合金焊膏合成步骤：

(1)先将钎料与钎剂混合，或只选择钎料粉末；

(2)将溶剂、聚异丁烯、添加剂混合；

(3)将(1)与(2)的混合物搅拌均匀，配制成焊膏。