CN103692085B - 一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于能够实现大功率、高热流密度铝合金在低温(70～90℃)下进行界面低温扩散连接、且连接后界面能够承受大于250℃而不熔化的新方法。首先对铝合金表面镀覆一层Ag或Cu进行隔离处理，然后采用镓基中间层材料均匀涂抹到待焊铝合金热管表面，装配后施加2～8MPa的压力，在70～90℃条件下保温10～20h，实现铝合金界面低温扩散连接。本发明的铝合金界面低温扩散连接方法成功的实现了铝合金界面低温装配连接，在高温不发生熔化的特殊效果，界面传热系数比传统导热胶高出数倍。

Description

一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法
技术领域
本发明属于焊接领域，涉及一种界面低温扩散连接工艺，具体是指一种能够在70～90℃的温度条件下，使用一种由Ga或Ga合金和银铜合金粉组成的中间层材料，在一定的压力和时间条件下，成功将铝合金扩散连接一起的新方法，并且连接成功的结构能够承受250℃高温而不发生破坏。特别适用于航空航天铝合金散热结构的装配连接或其他对焊接温度要求严格的低温条件下铝合金的连接。
背景技术
散热是大功率器件稳定工作的重要保障，热管就是当前广泛应用的散热结构。随着近年来大功率器件功率和性能要求的不断提高，对散热要求也越来越高，不但要求更高的散热效果，而对温度的均匀性要求也日益提高，尤其是航天领域对散热要求更是提出了大功率、高热流密度的要求，国内外在高效散热结构方面有了长足的发展，为大功率、高热流密度散热提供了解决方案，但是散热结构与热端部件之间的界面传热成为限制高效散热的关键，当前一般采用导热胶来作为界面装配连接材料，存在着寿命短、可靠性差、导热效果差等问题。国内外在界面强化传热方面也开展了大量研究，如采用导热硅脂、导热硅橡胶以及铟箔等软金属等，但都只能应用于小热流密度传热技术，关于大功率高热流密度界面强化传热的金属键连接未见报道。
当前常用热管材料一般为铝合金，散热介质常采用液氨。液氨较长时间在超过100℃的温度条件下容易造成热管破坏，因此采用金属键界面连接时必须将连接温度严格控制在95℃以下；而散热界面在工作中经常出现高于100℃的温度冲击，因此需要界面连接的重熔温度高于100℃，以免界面结构熔化失效。因此要在如此条件下实现铝合金界面的金属键连接是非常困难的。
本发明提供了一种采用以Ga或Ga合金为基体、添加银铜合金粉的中间层材料、在温度70～90℃、一定的压力和时间条件下，实现用于大功率高热流密度界面强化传热的铝合金界面扩散连接新方法，热管界面结构能够承受250℃高温而不发生破坏。
发明内容
本发明针对大功率、高热流密度传热技术的高性能要求，而当前热管与热端部件(或其他热控结构)之间的接触界面采用导热胶连接存在的导热效果差、寿命短的缺点，提供一种新型的用于大功率、高热流密度界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法，该方法是一种金属键连接方法，在较低的温度(70～90℃)条件下实施连接，能够大幅度提高界面传热性能(传热效果比导热胶可以提高数倍)，并且可以承受250℃高温而不发生破坏。
本发明的技术解决方案是：
1、连接前先对铝合金表面进行隔离处理，采用化学镀、电镀、电刷镀、热喷涂方法在铝合金表面镀覆一层隔离层，隔离层材料为Ag或Cu，化学镀、电镀、电刷镀隔离层厚度为8～15μm，热喷涂隔离层厚度为100～200μm。隔离层要均匀，与铝合金表面的结合性能良好；
2、以Ga或Ga合金为基体，添加银铜合金粉配制成中间层材料，均匀涂抹到待焊铝合金表面，然后将两个部件装配到一起，施加2～8MPa的压力，放置到恒温箱中在70～90℃条件下保温10～20h，实现铝合金界面低温扩散连接。
本发明属于金属键连接方法，与现有导热胶连接技术相比的优点在于：导热性能高，与导热胶相比可以提高数倍；实现了低温(70～90℃)条件下连接、高温(至少250℃)下不发生破坏的特殊效果；此外没有老化现象，界面结合强度好、寿命长。
本发明可直接应用于航天等重要领域的散热系统，此外也可以广泛应用于其他工业领域中散热界面的装配连接。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下列实施例，应包括权利要求书中的全部内容。
本发明是一种新型的用于大功率、高热流密度界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法，其特征在于：所述界面低温扩散连接方法是焊前首先在铝合金表面采用化学镀、电镀、电刷镀、热喷涂方法镀覆一层隔离层，然后将配制的中间层材料均匀涂抹到待焊铝合金表面，然后将两个部件装配到一起，施加2～8MPa的压力，放置到恒温箱中在70～90℃条件下保温10～20h，实现铝合金界面低温扩散连接。所述中间层材料是以Ga或Ga合金为基体，添加银铜合金粉。
实施例1：铝合金表面采用化学镀、电镀、电刷镀镀覆一层Ag或Cu隔离层，隔离层厚度为8～15um。通过以下步骤实现的：
具体材料成分、界面扩散连接参数和各项性能见下表：
扩散处理后的接头经金相观察，接头成分均匀，银铜粉和Ga相互扩散完全，形成了新相。
实施例2：铝合金表面采用热喷涂方法镀覆一层Ag或Cu隔离层，隔离层厚度为100～200um。
具体材料成分、界面扩散连接参数和各项性能见下表：
扩散处理后的接头经金相观察，接头成分均匀，银铜粉和Ga相互扩散完全，形成了新相。

Claims (5)

1.一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法，其特征在于：所述界面低温扩散连接方法先在铝合金表面采用化学镀、电镀、电刷镀、热喷涂方法镀覆一层隔离层，然后将配制的中间层材料均匀涂抹到待连接铝合金表面，最后将两个部件装配到一起，在大气环境、一定压力、温度和时间条件下，实现铝合金界面低温扩散连接；所述中间层材料是以Ga或Ga合金为基体，添加了银铜合金粉；具体步骤如下：
(1)连接前先对铝合金待连接部位表面镀覆一层银或铜的隔离层，要求隔离层均匀，与铝合金的结合性能好；
(2)以Ga或Ga合金为基体，添加银铜合金粉配制成中间层材料，均匀涂抹到待连接铝合金表面，然后将两个部件装配到一起，施加2～8MPa的压力，放置到恒温箱中在70～90℃条件下保温10～20h，实现铝合金界面低温扩散连接。
2.根据权利要求1所述的用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法，其特征在于所述的铝合金表面的隔离处理采用化学镀、电镀、电刷镀、热喷涂方法，隔离层材料为Ag或Cu，化学镀、电镀、电刷镀隔离层厚度为8～15μm，热喷涂隔离层厚度为100～200μm。
3.根据权利要求1所述的用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法，其特征在于所添加的银铜合金粉含50～90％银，50～10％铜，银铜合金粉所占比例为30～50％。
4.根据权利要求1所述的用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法，其特征在于所述的低温扩散连接在大气环境下进行，加热温度为70～90℃、扩散时间10～20h，压力2～8MPa。
5.根据权利要求1所述的用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法，其特征在于所述的铝合金界面低温扩散连接结构能够承受250℃高温而不发生破坏，界面传热系数超过导热胶数倍。
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