CN103659053B - 一种钎焊用铜焊膏及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钎焊用铜焊膏及其制备方法与应用。该铜焊膏包含如下组分：钎料67wt％-92wt％、成膏体8wt％-33wt％以及用量为钎料质量0-5％的钎剂，其中，钎料包含Cu和/或一种以上Cu合金；钎剂包含CaF2、KF、NaF、BaF2、癸二酸、丁二酸、月桂酸和硼酸中的任意一种或两种以上的组合；成膏体包含溶剂、增稠剂、流变剂、消泡剂和活化剂。本发明还公开了一种钎焊用铜焊膏的制备方法。采用本发明的方法制备的铜焊膏在焊接前的焊膏涂装过程中，焊膏触变性、抗塌陷能力和流动性好，焊接后零件接头强度高，焊缝饱满且无残留物，零件无需清洗，可被广泛应用于焊接汽车管件、铜基散热组件和不锈钢零件。

Description

一种钎焊用铜焊膏及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，特别涉及一种钎焊用铜焊膏、其制备方法及应用。

背景技术

随着现代化工业自动化钎焊高效率大规模生产的发展，焊接工件日趋小型化批量生产，焊缝形状不断多样化复杂化。用膏状焊接材料-钎料膏取代传统的丝状、环状、条状焊接材料实现高效率自动化焊接生产已是大势所趋。我国近年来不断引进国外先进自动化钎焊生产线，如火焰自动钎焊生产线、保护气氛网带炉钎焊生产线；同时国内也有不少厂家自主开发研制较先进的自动化钎焊生产线，来满足日益增长的市场需求。与传统的Cu合金焊丝、焊环和钎料薄带相比，采用铜焊膏和自动点胶设备相结合，可对复杂零件和异型零件进行自动化涂装，涂装后的待焊零件进入连续式钎焊炉钎焊，从而实现整个焊接工艺的连续化和自动化。经过焊接后的零件接头强度高、焊缝美观且耐蚀性好。例如，CN1298493C公开了一种自动钎焊用铜焊膏，其金属粉体(钎料)成分为Cu，_余量Ni_(0.52-1.0)(wt％，下同)、P(4-8)、Sn(4-7)、B(0.05-0.9)、Ti(0.05-0.5)、In(0.05-0.9)、稀土(0.05-0.1)的合金粉末；钎剂采用成分为KxByOzFm的氟硼酸钾和硼酸钾的混合物，钎剂与钎料的比例为(12-18)：(88-82)；成膏体(成膏体)由聚异丁烯混合物、C6-C18有机溶剂、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸甘油酯、苯并三锉、不饱和脂肪酸和动植物油组成，成膏体在焊膏中的含量为5.1-10.1％。此种铜焊膏中钎剂含量高达10％以上，由于氟硼酸盐在高温下具有强烈的腐蚀性，对于被焊零件和钎焊设备均会造成过度腐蚀和破坏，焊后需要对零件进行清洗，焊接过程中的腐蚀性挥发物还会对工作环境和环保带来一系列问题。

专利号为ZL200510036064.8的发明专利提出了一种锡焊膏用的成膏体，它由流变剂、稳定剂、树脂、活性剂和溶剂五部分组成，由于锡焊膏的钎焊温度在150-300℃之间，此种成膏体必须在低于此钎焊温度时完全分解。而对铜焊膏的焊接工艺而言，钎焊温度高于1090℃，成膏体完全分解的温度应在400-500℃，才能使铜焊膏在成膏体挥发后形成具有一定强度的烧结体，附着于被焊接零件之上，因此，目前已有的锡焊膏用成膏体体系不适用于制作铜焊膏。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足提供一种钎焊用铜焊膏，其降低甚至消除了腐蚀性钎剂的用量，同时还具有优良的触变性、抗塌陷性、粘度和焊接性能。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钎焊用铜焊膏，包含如下组分：钎料67wt％-92wt％、成膏体8wt％-33wt％以及用量为钎料质量0-5％的钎剂，其中，

所述钎料包含Cu和/或一种以上Cu合金，所述Cu合金中的合金元素至少选自Sn、Ni、P和Zn中的任意一种；

所述钎剂包含CaF₂、KF、NaF、BaF₂、癸二酸、丁二酸、月桂酸和硼酸中的任意一种或两种以上的组合；

所述成膏体包含如下组分：溶剂60-98wt％，增稠剂0.5-8wt％，流变剂0.2-35wt％，消泡剂和活化剂0.1-5wt％。

作为优选方案之一，所述Cu合金为如下成分中的任意一种或两种以上的组合：

Cu_余量Sn_(13-17)Ni_(3-8)P_(3-8)(重量百分比)；

Cu_余量Sn_(8-15)(重量百分比)；

Cu_余量Sn_(40-60)(重量百分比)；

Cu_余量Zn_(30-55)(重量百分比)；以及

Cu_余量P_(5-14)(重量百分比)

作为优选方案之一，所述钎料中还包含Fe粉0.5-5wt％、Ni粉0.05-5wt％、Mn粉0.1-5wt％、Si粉0.05-2wt％、B粉0.05-2wt％中的任意一种或两种以上的组合。

作为优选方案之一，所述铜和铜合金粉为雾化金属粉体，所述钎剂为粉体。

作为优选方案之一，所述溶剂至少可选自去离子水、二乙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、1，2-丙二醇、乙基卡必醇和乙二醇中的任意一种，但不限于此。

作为优选方案之一，所述增稠剂至少可选自羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基淀粉、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲壳质、瓜尔胶、黄原胶、阿拉伯胶和槐豆胶中的任意一种，但不限于此。

作为优选方案之一，所述流变剂至少可选自氢化蓖麻油、改性蓖麻油、甘油、硬脂酸、去离子水杨酸酰胺中的任意一种，但不限于此。

作为优选方案之一，所述消泡剂和活化剂至少可选自炔二醇、N，N，N′，N′-四-(2羟基丙基)乙二胺、苯并三氮锉、硅油、矿物油和植物油中的任意一种，但不限于此。由于炔二醇具有活化和消泡的作用，可作为消泡剂兼活化剂使用，而N，N，N′，N′-四-(2羟基丙基)乙二胺和硅油分别具有活化和消泡的作用，两者需同时使用。

一种钎焊用铜焊膏的制备方法，包括：

(1)按上述钎焊用铜焊膏的组成准备制备原料；

(2)采用气雾化或水雾化法制备Cu或Cu合金粉末；

(3)将Cu或Cu合金粉末与添加粉末混合均匀；

(4)将增稠剂、流变剂、消泡剂和活化剂按一定比例和顺序加入溶剂中，搅拌并形成均匀的溶液，形成成膏体，在铜焊膏的组成中包含钎剂的情况下，需要首先将钎剂加入到溶剂中搅拌均匀，然后再在所述溶液按照比例和顺序加入增稠剂、流变剂、消泡剂和活化剂，形成混有钎剂的成膏体；

(5)将钎料加入成膏体或混有钎剂的成膏体中搅拌均匀，制得铜焊膏。

一种如上所述钎焊用铜焊膏或按如上所述方法制备的钎焊用铜焊膏在焊接工艺中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：该铜焊膏不含或仅含有少量钎剂，对零件具有明显低的腐蚀性。此外，在焊接前的焊膏涂装过程中，焊膏触变性、抗塌陷能力和流动性好，焊接后零件接头强度高，焊缝饱满且无残留物，零件无需清洗，可被广泛应用于焊接汽车管件、铜基散热组件和不锈钢零件。

具体实施方式

如前所述，本发明旨在提出一种或多种铜焊膏，该铜焊膏较少甚至不含在高温下具有强烈腐蚀性的钎剂，并具有优良的触变性、抗塌陷性、粘度和焊接性能，以期克服现有铜焊膏的不足。

进一步的讲，本发明的铜焊膏由钎料、钎剂和成膏体三部分组成，其中：

钎料为金属粉末和/或添加粉末组成，包含Cu(纯度＞99％)和/或Cu余量Sn(13-17％)Ni(3-8％)P(3-8％)、Cu余量Sn(8-15％)、Cu余量Sn(40-60％)、Cu余量Zn(30-55％)、Cu余量P(5-14％)五种Cu合金粉末中的一种或多种的混合物。

此外，还可根据焊接强度和焊缝外观的需求，添加占钎料重量0.5-5％的Fe粉、0.05-5％的Ni粉、0.1-5％的Mn粉、0.05-2％的Si粉、0.05-2％的B粉中的一种或几种。

钎料用量优选为铜焊膏重量的67％-92％。

钎剂为粉末状态，包含CaF₂、KF、NaF、BaF₂、癸二酸、丁二酸、月桂酸、硼酸中的一种或多种混合物。

钎剂用量为钎料质量的0-5％，需要特别说明的是，可根据焊接工艺的要求，在保证良好焊接性能的前提下，不使用钎剂。

成膏体主要由溶剂、增稠剂、流变剂、消泡剂、活化剂组成。

溶剂为去离子去离子水、二乙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、1，2-丙二醇、乙基卡必醇、乙二醇中的至少一种；

增稠剂为羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基淀粉、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲壳质、瓜尔胶、黄原胶、阿拉伯胶、槐豆胶中的至少一种；

流变剂为氢化蓖麻油、改性蓖麻油、甘油、硬脂酸、去离子水杨酸酰胺中的至少一种；

消泡剂和活化剂为炔二醇、N，N，N′，N′-四-(2羟基丙基)乙二胺、苯并三氮锉、硅油、矿物油、植物油中的至少一种；由于炔二醇具有活化和消泡的作用，可作为消泡剂兼活化剂使用，而N，N，N′，N′-四-(2羟基丙基)乙二胺和硅油分别具有活化和消泡的作用，两者需同时使用。

成膏体占铜焊膏重量的8％-33％，其中溶剂占成膏体重量的60％-98％，增稠剂占成膏体0.5％-8％，流变剂占成膏体重量的0.2-35％，消泡剂和活化剂占成膏体重量的0.1％-5％。

需要指出的是，本说明书中，如无特别说明，则所述的百分比含量均为重量百分比含量。

以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

首先，按照如下的组分准备制备原料：

其后，具体的制备步骤包括：

1.将Cu粉与Fe粉按比例在混料机中混合均匀；

2.将KF加入盛有去离子水的搅拌机中搅拌10分钟；

3.将羟乙基纤维素、黄原胶和阿拉伯胶按比例加入以上水溶液中，搅拌120分钟后再加入甘油、氢化蓖麻油、硅油和N，N，N’，N’-四-(2羟基丙基)乙二胺，搅拌10分钟，形成混有钎剂的成膏体；

4.将混合好的Cu粉和Fe粉加入该成膏体中，搅拌45分钟，制成铜焊膏。

按照实施例1所制得的铜焊膏，主要用于焊接低碳钢零件，焊后零件表面无残留，焊缝细密，并且具有非常高的焊接强度。

实施例2

首先，按照如下的组分准备制备原料：

其后，具体的制备步骤包括：

1.将Cu_余量Sn₁₀粉与Ni粉按比例在混料机中混合均匀；

2.将二丙二醇单甲醚和1，2-丙二醇在搅拌机中混合10分钟；

3.将癸二酸和月桂酸加入以上溶剂中；

4.将羟乙基纤维素、丙烯酸甲酯按比例加入以上溶液中，搅拌90分钟后再加入改性蓖麻油、炔二醇，搅拌10分钟，形成混有钎剂的成膏体；

5.将混合好的Cu_余量Sn₁₀粉与Ni粉加入该成膏体中，搅拌45分钟，制成铜焊膏。按照实施例2所制得的铜焊膏用于焊接不锈钢组件，焊后零件表面和焊缝颜色一致，焊缝无任何残留物。

实施例3

首先，按照如下的组分准备制备原料：

其后，具体的制备步骤包括：

1.将Cu余量Sn₁₄Ni₅P₅粉与Cu_余量Sn₅₀粉按比例在混料机中混合均匀；

2.将二乙二醇单乙醚和乙基卡必醇在搅拌机中混合10分钟；

3.将羟丙基淀粉、乙基羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和槐豆胶按比例加入以上溶液中，搅拌120分钟后再加入去离子水杨酸酰胺和矿物油，搅拌10分钟，形成成膏体；

4.将混合好的Cu余量Sn₁₄Ni₅P₅粉与Cu_余量Sn₅₀粉加入成膏体中，搅拌45分钟，制成铜焊膏。

按照实施例3所制得的铜焊膏用于低温焊接低碳钢组件，可得到较好的焊接强度。

实施例4

首先，按照如下的组分准备制备原料：

其后，具体的制备步骤包括：

1.将Cu_余量P_8.5粉与Cu_余量Zn₄₀粉按比例在混料机中混合均匀；

2.将氟化钠和硼酸加入乙二醇中，搅拌10分钟；

3.将甲壳质、羟丙基纤维素、羟乙基淀粉按比例加入以上溶液中，搅拌120分钟后再加入硬脂酸、植物油和矿物油，搅拌15分钟，形成混有钎剂成膏体；

4.将混合好的Cu_余量P_8.5粉与Cu_余量Zn₄₀粉加入该成膏体中，搅拌60分钟，制成铜焊膏。

按照实施例4所制得的铜焊膏具有很好的触变性和适当的粘度，用于低温焊接铜合金组件，焊缝饱满，可得到很好的焊接强度。

在常规铜散热器、碳钢零件和不锈钢零件上采用以上实施例1-4制备的铜焊膏进行了一系列的焊接试验，试验结果表明，这些铜焊膏具有优良的触变性、抗塌陷性、粘度和焊接性能，且焊接后零件接头强度高，焊缝饱满且无残留物，零件无需清洗。

最后需要指出的是，以上较佳实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其他实施方式，但凡本领域技术人员因本发明所涉及之技术启示，而采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种钎焊用铜焊膏，其特征在于，它包含如下组分：钎料67wt％-92wt％、成膏体8wt％-33wt％以及用量为钎料质量0-5％的钎剂，其中，所述钎料包含Cu和/或一种以上Cu合金，所述Cu合金中的合金元素至少选自Sn、Ni、P和Zn中的任意一种；

所述钎剂包含CaF₂、KF、NaF、BaF₂、癸二酸、丁二酸、月桂酸和硼酸中的任意一种或两种以上的组合；

所述成膏体包含如下组分：溶剂60wt％-98wt％，增稠剂0.5wt％-8wt％，流变剂0.2wt％-35wt％，消泡剂和活化剂0.1wt％-5wt％。

2.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述Cu合金成分Cu_余量Sn_(13-17)Ni_(3-8)P_(3-8)，其中该含量为重量百分比。

3.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述Cu合金成分为Cu_余量Sn_(8-15)，其中该含量为重量百分比。

4.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述Cu合金成分为Cu_余量Sn_(40-60)，其中该含量为重量百分比。

5.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述Cu合金成分为Cu_余量Zn_(30-55)，其中该含量为重量百分比。

6.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述Cu合金成分为Cu_余量P_(5-14)，其中该含量为重量百分比。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述钎料中还包含添加粉末，所述添加粉末是Fe粉0.5wt％-5wt％、Ni粉0.05wt％-5wt％、Mn粉0.1wt％-5wt％、Si粉0.05wt％-2wt％、B粉0.05wt％-2wt％中的任意一种或两种以上的组合。

8.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述钎剂为粉体，并且所述钎料包含铜或铜合金粉，所述铜或铜合金粉为雾化金属粉体。

9.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述溶剂是去离子水、二乙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、1,2-丙二醇、乙基卡必醇和乙二醇中的任意一种或两种以上的组合。

10.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述增稠剂是羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基淀粉、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲壳质、瓜尔胶、黄原胶、阿拉伯胶和槐豆胶中的任意一种或两种以上的组合。

11.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述流变剂是氢化蓖麻油、改性蓖麻油、甘油、硬脂酸、去离子水杨酸酰胺中的任意一种或两种以上的组合。

12.根据权利要求1所述的钎焊用铜焊膏，其特征在于，所述消泡剂和活化剂是炔二醇、N,N,N’,N′-四-(2羟基丙基)乙二胺、苯并三氮唑、硅油、矿物油和植物油中的任意一种或两种以上的组合。

13.一种钎焊用铜焊膏的制备方法，其特征在于，它包括：

(1)按权利要求1-12中任一项所述钎焊用铜焊膏的组成准备原料；

(2)采用气雾化或水雾化法制备Cu或Cu合金粉末；

(3)将Cu或Cu合金粉末与添加粉末混合均匀；

(4)将增稠剂、流变剂、消泡剂和活化剂按一定比例和顺序加入溶剂中，搅拌并形成均匀的溶液，形成成膏体，在铜焊膏的组成中包含钎剂的情况下，需要首先将钎剂加入到溶剂中搅拌均匀，然后再在所述溶液按照比例和顺序加入增稠剂、流变剂、消泡剂和活化剂，形成混有钎剂的成膏体；

(5)将钎料加入成膏体或混有钎剂的成膏体中搅拌均匀，制得铜焊膏。

14.如权利要求1-12中任一项所述钎焊用铜焊膏或权利要求13所述方法制备的钎焊用铜焊膏在焊接工艺中的应用。