CN103418936A - 一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏及其制备方法，包括由钎料合金粉和助焊剂两部分组成，钎料合金粉组成的重量百分比为：铋15～40%，铟1～4%，银0.5～3%，余量铅，助焊剂组成的重量百分比为：5～15%重金属氟化物，65～75%多羟基胺的氟氢酸盐，10～25%乙二醇。本发明采用铅、铋、铟、银合金作为钎料钎焊铝，钎焊时，钎料中的银与铝发生反应，在钎料同铝的界面处形成一层银铝固溶体，缓解了铝与钎料之间的电极电位差，改善了钎焊接头的抗蚀性，由于钎料中的不含锡，避免了锡、银间生成化合物对银的消耗，使得界面上更容易形成有效的铝、银固溶体，接头因此而具有更好的抗蚀性。

Description

一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接和钎焊领域，尤其是一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏及其制备方法。

背景技术

钎焊是电子工艺技术中将铝-铝连接、铝-铜连接的常见方法，通常分为硬钎焊和软钎焊两类：以450℃的钎焊温度作为分界，高于此温度的工艺称为硬钎焊，低于此温度则称为软钎焊，其中，硬钎焊由于工艺温度较高，用在电子、电器某些产品的连接工艺中有较大局限性；软钎焊的钎焊温度低，钎焊过程对产品的热影响小。特别适用于电子、电器某些产品的连接。焊膏由助焊剂和钎料合金粉调制而成，是常用的钎料—钎剂组合。

铝的导电与导热性略逊于铜，但其比重小（只及铜的1/3），因此，铝的性价比相对于铜更占有很大的优势，作为导电材料，越来越多的铜器件的基材已被铝及铝合金所取代，但铝及铝合金表面覆盖一层致密的氧化膜，很稳定且较难去除，因此，如何使铝及铝合金和其他金属器件之间进行高效、可靠的连接，是钎焊工艺上较大的障碍。

铝软钎焊的关键工序首先是要迅速、有效地去除这层氧化膜。因此对焊膏内的助焊剂要求活性高，去膜能力强，焊后残渣腐蚀性小；其次要求助焊剂与钎焊合金粉能很好地形成膏状体，以便涂布在需要连接的部位；第三要求钎焊接头有较高的抗腐蚀性。

通过检索，中国发明专利CN200810187295“铝钎焊用焊膏组合物”描述一种铝钎焊用焊膏组成物，它由45～60%金属粉末、5～35%氟化物钎剂、1～10%甲基丙烯酸脂类聚合物和10～40%溶剂组成。该焊膏的钎焊温度高于450℃，属于硬钎焊领域。在软钎焊领域内主要是描述焊锡丝和助焊剂的专利，未发现有关焊膏的专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏及其制备方法，本发明提供的助焊剂是一种活性高、去氧化膜能力强的粘稠液体，与钎料合金粉调成后的焊膏具有有适当的粘度和流变性，容易涂覆在需要连接的部位，具有膏体稳定，储存过程中不易发生沉降分层，钎焊接头的抗腐蚀性强的特点。

本发明实现目的的技术方案如下：

一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏，包括钎料合金粉和助焊剂两部分组成，

所述钎料合金粉组成及成分间重量百分比为：铋15～40%，铟1～4%，银0.5～3%，余量铅；

所述助焊剂的原料组分及组分间的重量百分比为：

重金属氟化物活性剂   5～15%

多羟基胺的氢氟酸盐   65～75%

乙二醇               10～25%。

而且，所述重金属氟化物活性剂选自氟化锌、氟化亚锡、氟化铋以及氟化铜中的任意两种或两种以上的组合。

而且，所述多羟基胺的氢氟酸盐通过多羟基胺与氢氟酸反应制得，其制备步骤为：

⑴将多羟基胺置于有抗腐涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟基胺与水的重量比为1：2～4；

⑵向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15wt%的氢氟酸，调节pH值至6～8之间；

⑶加热蒸发锅内物料至140～150℃，停止加热，冷却至100～110℃；

⑷将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器继续冷却，得白色蜡状固体，即得所述多羟基胺的氢氟酸盐。

而且，所述助焊剂的制备步骤为：将所述多羟基胺的氢氟酸盐投入反应釜，加热至110～130℃，待多羟基胺的氢氟酸盐完全熔化后，加入所述重金属氟化物活性剂，待重金属氟化物活性剂完全溶解后，搅拌，加入乙二醇，冷却后即得助焊剂。

而且，所述多羟基胺任选自：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、二羟乙基乙二胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺或三羟甲基氨基甲烷中的一种，或两种及两种以上的混合物。

一种制备用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏的方法，其步骤为：

⑴制备钎料合金粉：将铋、铟、铅、银按比例称重，银以小块方式加入，在320～380℃条件下熔炼成均匀的液态钎料合金，用常规方法喷粉制得小于300目的钎料合金粉；

⑵将重量百分比为80～90%的钎料合金粉和10～20%的助焊剂混合，用搅拌机搅拌均匀，即制成焊膏。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用铅、铋、铟、银合金作为钎料钎焊铝，钎焊时，钎料中的银与铝发生反应，在钎料同铝的界面处形成一层银铝固溶体，缓解了铝与钎料之间的电极电位差，改善了钎焊接头的抗蚀性，由于钎料中的不含锡，避免了锡、银间生成化合物对银的消耗，使得界面上更容易形成有效的铝、银固溶体，接头因此而具有更好的抗蚀性。

2、本发明所提供的助焊剂摈弃了活性较差的氟硼酸盐，而采用了活性更高的全氟化物作为活性剂，同时为了能够溶解这种全氟化物，配合使用了高活性的多羟基胺的氢氟酸盐为基质，助焊剂中完全不含无活性的充填物。

3、本发明所采用的基质本身就具有极强去除氧化膜的特性，提高了助焊剂的整体活性，在钎焊过程中，由于助焊剂中具有极高的氟离子相对含量，能迅速去除铝表面的氧化膜，而重金属氟化物在钎焊过程中被铝基材还原，析出液态的重金属并与母材合金化，大大降低了界面张力，保证了助焊剂最大的活性。

4、本发明中助焊剂的粘度很高，使焊膏在储存过程中不会发生钎料合金粉沉淀等问题，并且焊膏容易涂布在被连接接头处。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明中所涉及的多羟基胺的氢氟酸盐通过多羟基胺与氢氟酸反应制得，所述多羟基胺任选自：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、二羟乙基乙二胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺或三羟甲基氨基甲烷的1～3种的组合物，上述组合物所包括的各组分可按照任意比例混合。

实施例1：

一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏，由钎料合金粉和助焊剂两部分组成，其中：

组成钎料合金粉的原料组分及重量为：铋40Kg，银0.5Kg，铟4Kg，铅55.5Kg；

组成助焊剂的原料组分及重量为：氟化锌1.8Kg，氟化亚锡13.2Kg、多羟基胺的氢氟酸盐70Kg，乙二醇15Kg。

上述用于铝及铝合金软钎焊的焊膏的制备步骤为：

⑴制备钎料合金粉：将铋、铟、铅、银按比例称重，在320～380℃条件下熔炼成均匀的液态钎料合金，用常规方法喷粉，制得小于300目的钎料合金粉。

⑵制备多羟基胺的氢氟酸盐：

a.本实施例中，多羟基胺由三乙醇胺、四羟基乙基乙二胺和三羟甲基氨基甲烷组成。由三乙醇胺、四羟基乙基乙二胺和三羟甲基氨基甲烷按等比例（重量比）混合并置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟基胺的混合物与水的重量比为1：2；

b.向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15wt%的氢氟酸，调节pH直至6～8；

c.蒸发锅内物料至140～150℃后停止加热，冷至110～100℃；

d..将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器内冷却，得白色蜡状固体，即得所述多羟基胺的氢氟酸盐；

⑶制备助焊剂：按指定重量（85Kg）称取多羟基胺的氢氟酸盐并投入反应釜，加热至110～130℃，待完全熔化后加入氟化锌和氟化亚锡；待氟化锌和氟化亚锡完全溶解后，搅拌10min，加入乙二醇，冷却后即得助焊剂；

⑷将重量百分比为80%的钎料合金粉与20%的助焊剂混合，用搅拌机搅拌均匀，即制成焊膏。

实施例2：

一种用于铝及铝合金软钎焊的高腐蚀性焊膏，由钎料合金粉和助焊剂两部分组成。

组成钎料合金粉的原料组分及重量为：铋15Kg、银3Kg、铟1Kg、铅81Kg；

组成助焊剂的原料组分及重量为：氟化锌0.6Kg、氟化亚锡3.9Kg、氟化铜0.5Kg、三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐85Kg、乙二醇10Kg。

上述用于铝及铝合金软钎焊的焊膏的制备步骤为：

⑴制备钎料合金粉：将铋、铟、铅、银按比例称重，在320～380℃条件下熔炼成均匀的液态钎料合金，用常规方法喷粉，制得小于300目的钎料合金粉；

⑵制备三羟甲基氨基甲烷的氢氟酸盐：

a.将三羟甲基氨基甲烷置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，三羟甲基氨基甲烷与水的重量比为1：4；

b.向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15%的氢氟酸，调节pH值至6～8；

c.蒸发锅内物料至140～150℃，停止加热，冷却至110～100℃；

d.将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器内冷却，得白色蜡状固体，即得所述多羟基胺的氢氟酸盐；

⑶制备助焊剂：按指定重量（95Kg）称取上述多羟基胺的氢氟酸盐并投入反应釜，加热至110～130℃，待其完全熔化后加入氟化锌、氟化亚锡和氟化铜；待氟化锌、氟化亚锡以及氟化铜完全溶解后，加入乙二醇，搅拌10min，冷却后即得助焊剂；

⑷将重量百分比为85%的钎料合金粉与15%的助焊剂混合，用搅拌机搅拌均匀，即制成焊膏。

实施例3：

一种用于铝及铝合金软钎焊的焊膏，与实施例1和2相同，同样钎料合金粉和助焊剂两部分组成，其中：

组成钎料合金粉的原料组分及重量为：铋22Kg、银2Kg、铟2Kg、铅74Kg；

组成助焊剂的原料组分及重量为：氟化锌1.2Kg、氟化亚锡7.2Kg、氟化铋1.6Kg、多羟基胺的氢氟酸盐70Kg、乙二醇20Kg。

上述用于铝及铝合金软钎焊的焊膏的制备步骤为：

⑴制备钎料合金粉：将铋、铟、铅、银按比例称重，在320～380℃条件下熔炼成均匀的液态钎料合金，用常规方法喷粉，制得小于300目的钎料合金粉；；

⑵制备多羟基胺的氢氟酸盐：

a.本实施例中，多羟基胺由二乙醇胺和三异丙醇胺组成。将二乙醇胺和三异丙醇胺按照1：3的比例（重量比）进行混合并置于有耐腐蚀涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟基胺与水的重量比为1：3；

b.向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15%的氢氟酸，调节pH值至6～8；

c.蒸发锅内物料至140～150℃，停止加热，冷却至110～100℃；

d.将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器内继续冷却，得白色蜡状固体，即得所述多羟基胺的氢氟酸盐；

⑶制备助焊剂：按指定重量（90Kg）称取上述多羟基胺的氢氟酸盐并投入反应釜，加热至110～130℃，待其完全熔化后加入氟化锌、氟化亚锡以及氟化铋；待氟化锌、氟化亚锡，完全溶解后加入乙二醇，搅拌10min，冷却后即得助焊剂；

⑷将重量百分比为90%的钎料合金粉与10%的助焊剂混合，用搅拌机搅拌均匀，即制成焊膏。

需要说明的是，本发明所涉及的氟化亚锡、氟化铋、氟化铜和氟化锌等多种组合的重金属氟化物活性剂搭配并不限于上述3个实施例所提供的选择和比例，氟化锌、氟化亚锡、氟化铋以及氟化铜任意两种以上的组合皆可作为多种重金属氟化物活性剂，且各组分选取比例不限。

检测试验

1、将实施例1～3所制成的焊膏在L2铝板上进行铺展性试验，试验方法如下：将0.5克焊膏放在用丙酮清洗过的L2铝板上，铝板厚度1mm，面积40×40mm²，然后将铝板放在加热温度为300℃的电热板上，保持30s。待焊膏熔化并铺展后，从电热板上取下试片，用水清洗后测量钎料的润湿角。

表1焊膏在铝板上的润湿角

2、用按实施例1～3所制成的焊膏对L2铝进行钎焊形成钎焊接头，用水将接头清洗干净，然后按国标GB/T242.3.17-2008对铝钎焊接头进行盐雾试验，盐雾浓度为5%NaCl溶液，试验温度为35℃。

试验结果列于表2：

表2：钎焊接头抗腐蚀性

Claims (6)

1.一种用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏，包括钎料合金粉和助焊剂两部分组成，其特征在于：

所述钎料合金粉组成及成分间重量百分比为：铋15～40%，铟1～4%，银0.5～3%，余量铅；

所述助焊剂的原料组分及组分间的重量百分比为：

重金属氟化物活性剂  5～15%

多羟基胺的氢氟酸盐  65～75%

乙二醇              10～25%。

2.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏，其特征在于：所述重金属氟化物活性剂选自氟化锌、氟化亚锡、氟化铋以及氟化铜中的任意两种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏，其特征在于：所述多羟基胺的氢氟酸盐通过多羟基胺与氢氟酸反应制得，其制备步骤为：

⑴将多羟基胺置于有抗腐涂层的蒸发锅内，加水溶解，多羟基胺与水的重量比为1：2～4；

⑵向蒸发锅内逐滴加入浓度为10～15wt%的氢氟酸，调节pH值至6～8之间；

⑶加热蒸发锅内物料至140～150℃，停止加热，冷却至100～110℃；

⑷将蒸发锅内物料倒入聚丙烯容器继续冷却，得白色蜡状固体，即得所述多羟基胺的氢氟酸盐。

4.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏，其特征在于：所述助焊剂的制备步骤为：将所述多羟基胺的氢氟酸盐投入反应釜，加热至110～130℃，待多羟基胺的氢氟酸盐完全熔化后，加入所述重金属氟化物活性剂，待重金属氟化物活性剂完全溶解后，搅拌，加入乙二醇，冷却后即得助焊剂。

5.根据权利要求1或3或4所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏，其特征在于：所述多羟基胺任选自：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、二羟乙基乙二胺、四羟基乙基乙二胺、三异丙醇胺或三羟甲基氨基甲烷中的一种，或两种及两种以上的混合物。

6.一种制备如权利要求1～5任一权利要求所述的用于铝及铝合金软钎焊的高耐蚀性焊膏的方法，其特征在于：其步骤为：

⑴制备钎料合金粉：将铋、铟、铅、银按比例称重，银以小块方式加入，在320～380℃条件下熔炼成均匀的液态钎料合金，用常规方法喷粉制得小于300目的钎料合金粉；

⑵将重量百分比为80～90%的钎料合金粉和10～20%的助焊剂混合，用搅拌机搅拌均匀，即制成焊膏。