CN103722304A - 一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接用材料 - Google Patents

一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接用材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接用材料。该材料是由低熔点镓或镓合金加上一种高熔点合金粉配制而成。镓或镓合金成分为Ga或Ga、In、Sn合金。高熔点合金为含银（50～90）%，余量为铜的银铜合金粉末。镓或镓合金与银铜合金粉末的配比（50～70）%∶（30～50）%。利用该材料可在70～90℃温度下实现表面镀银或铜的铝合金界面低温扩散连接。扩散时间为10～20小时，连接后的界面重熔温度高于250℃。

Description

一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接用材料
技术领域
本发明属于焊接领域，具体涉及一种用于铝合金界面扩散连接用材料。利用该材料能在70～90℃温度下，对表面镀银或铜的铝合金实现低温扩散连接。特别适用于航空航天铝合金界面强化传热领域或其他对焊接温度要求严格的低温条件下铝合金材料的连接。
背景技术
热管作为一种极其高效的传热结构，在各个领域中都得到了广泛的应用，尤其是在航天器的热控系统中更是重要的传热部件，用于航天器中热端部件的散热。热管结构在近年来得到了大力发展，其散热性能得以有效提高，而热管与其他换热结构之间、热管与热端部件之间的界面成为限制热管散热性能的关键，目前界面散热制备还是采用导热胶来进行连接，存在着寿命短、可靠性差、导热效果差等问题。随着大功率、（超）高热流密度散热技术的提出，而界面传热更加成为主要的影响因素。国内外在界面强化传热技术方面开展了大量的研究，如采用导热硅脂、导热硅橡胶以及铟箔等软金属材料作为强化界面传热的材料，但都只能应用于小热流密度的传热技术中，因此大功率、（超）高热流密度的界面散热技术需要采用金属键连接方式。目前关于大功率高热流密度散热方面的金属键连接未见报道。
目前热管材料大多为铝合金，常用散热介质为液氨，液氨较长时间在超过100℃的温度条件下容易造成铝合金热管结构发生破坏，因此采用金属键连接液氨热管与热端部件（或其他换热结构）时必须将连接温度严格控制在95℃以下，而且又要求制作好的连接接头的重熔温度应高于连接温度，以免结构在受到高于100℃的热冲击时使接头熔化，导致结构失效。因此要在如此条件下实现铝合金热管的金属键连接是非常困难的。
发明内容
本发明提供一种适用于大功率、高热流密度界面强化传热技术的铝合金界面低温扩散连接用中间层材料，它由两部分组成：一部分是低熔点合金，其成分配比：Ga50～100%，In20～30%，Sn5～15%；另一部分为高熔点合金粉末，其成分配比：Ag50～90%，Cu10～50%。高熔点合金粉末的直径小于25μm。低熔点合金在中间层材料中所占的比例为50～70%，高熔点合金在中间层材料中所占的比例为30～50%。使用前将低熔点合金Ga或Ga合金和高熔点合金粉末按一定比例混合调成均匀的膏状。然后将膏状中间层材料抹在需要连接的部位，施加2～8MPa的压力，在70～90℃温度下进行10～20小时扩散处理即可实现表面镀银或铜的铝合金低温扩散连接。
铝及铝合金在95℃以下实现金属键连接是非常困难的。本发明涉及了一种新型中间层材料。它由两部分组成，一部分是低熔点合金，另一部分是高熔点合金粉末。低熔点合金选用Ga或Ga合金，它们的熔点均低于30℃，而且Ga对很多材料都具有很好的润湿性；高熔点合金粉末选用银铜合金。银铜合金与Ga或Ga合金有很高的扩散速度。即使在低于100℃温度下，银铜合金粉末与Ga或Ga合金相互扩散形成新的金属间化合物相，从而提高中间层的重熔温度。将所调制好的中间层材料抹在表面镀铜或银的铝合金表面，施加2～8MPa的压力，在70～90℃温度下进行10～20小时扩散处理。Ga和银铜合金粉形成新的化合物相。Cu和Ga形成的ε金属间化合物相的熔点为254℃，Ag和Ga形成的δ金属间化合物相的熔点为326℃。因此实现了铝合金在70～90℃低温扩散金属键连接，其重熔温度可高于250℃。
具体实施方式
实施例1
中间层材料配比（质量分数）：Ga：70%，50Ag-50Cu粉：30%。
制作过程：按配比称重7克Ga和3克银铜粉。在40℃温度下将Ga和银铜粉混合均匀呈膏状。将调制好的中间层材料抹在表面已经过热喷涂铜的6061铝合金表面上，进行低温扩散连接。连接温度90℃，连接压力2MPa。经扩散处理20h后成功实现了6061铝合金的低温扩散连接。
低温扩散连接接头的性能见表1。
实施例2
中间层材料配比（质量分数）：Ga：50%，90Ag-10Cu粉：50%。
制作过程：按配比称重5克Ga和5克银铜粉。在40℃温度下将Ga和银铜粉混合均匀呈膏状。将调制好的中间层材料抹在表面镀银的6061铝合金表面上，进行低温扩散连接。连接温度70℃，连接压力8MPa。经扩散处理10h后成功实现了6061铝合金的低温扩散连接。
低温扩散连接接头的性能见表1。
实施例3
中间层材料配比（质量分数）：80Ga-20In：50%，90Ag-10Cu粉：50%。
制作过程：按配比称重4克Ga、1克In和5克银铜粉。先在150℃下将Ga和In熔炼成80Ga-20In合金。然后在40℃温度下将80Ga-20In合金和银铜粉混合均匀呈膏状。将调制好的中间层材料抹在表面已经过热喷涂铜的6061铝合金表面上，进行低温扩散连接。连接温度70℃，连接压力2MPa。经扩散处理10h后成功实现了6061铝合金的低温扩散连接。
低温扩散连接接头的性能见表1。
实施例4
中间层材料配比（质量分数）：70Ga-30In：70%，50Ag-50Cu粉：30%。
制作过程：按配比称重4.9克Ga、2.1克In和3克银铜粉。先在150℃下将Ga和In熔炼成70Ga-30In合金。然后在40℃温度下将70Ga-30In合金和银铜粉混合均匀呈膏状。将调制好的中间层材料抹在表面镀银的6061铝合金表面上，进行低温扩散连接。连接温度90℃，连接压力8MPa。经扩散处理20h后成功实现了6061铝合金的低温扩散连接。
低温扩散连接接头的性能见表1。
实施例5
中间层材料配比（质量分数）：95Ga-5Sn：70%，90Ag-10Cu粉：30%。
制作过程：按配比称重6.65克Ga、0.35克Sn和3克银铜粉。先在200℃下将Ga和Sn熔炼成95Ga-5Sn合金。然后在40℃温度下将95Ga-5Sn合金和银铜粉混合均匀呈膏状。将调制好的中间层材料抹在表面已经过热喷涂铜的6061铝合金表面上，进行低温扩散连接。连接温度70℃，连接压力2MPa。经扩散处理10h后成功实现了6061铝合金的低温扩散连接。
低温扩散连接接头的性能见表1。
实施例6
中间层材料配比（质量分数）：85Ga-15Sn：50%，50Ag-50Cu粉：50%。
制作过程：按配比称重4.25克Ga、0.75克Sn和5克银铜粉。先在200℃下将Ga和Sn熔炼成85Ga-15Sn合金。然后在40℃温度下将85Ga-15Sn合金和银铜粉混合均匀呈膏状。将调制好的中间层材料抹在表面镀银的6061铝合金表面上，进行低温扩散连接。连接温度90℃，连接压力8MPa。经扩散处理20h后成功实现了6061铝合金的低温扩散连接。
低温扩散连接接头的性能见表1。
表1低温扩散连接工艺规范及接头性能
Figure BDA0000454779360000041
Figure BDA0000454779360000051

Claims (10)

1.一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接用材料，其特征在于：所述材料是由一种低熔点合金和一种高熔点合金组成。
2.根据权利要求1所述的适用于铝合金界面低温扩散连接用材料，其特征在于材料中低熔点合金为Ga或Ga合金，其成分配比（质量分数）：
（1）Ga：50～100；
（2）In：20～30；
（3）Sn：5～15。
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用材料，其特征在于高熔点合金为银铜合金粉，成分配比（质量分数）为50～90Ag，余量Cu。
4.根据权利要求3所述的高熔点银铜合金粉末的直径小于25μm。
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用材料，其特征在于：低熔点合金所占的比例（质量分数）为50～70%。
6.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用材料，高熔点银铜合金粉所占比例（质量分数）为30～50%。
7.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用材料，其特征在于材料成分配比（质量分数）：低熔点合金Ga50～70%，银铜合金粉末30～50%。
8.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用材料，其特征在于材料成分配比（质量分数）：低熔点Ga-In合金（70～80%Ga，20～30%In）50～70%；银铜合金粉（50～90%Ag，10～50%Cu）30～50%。
9.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用材料，其特征在于材料成分配比（质量分数）：低熔点Ga-Sn合金（80～95%Ga，5～15%Sn）50～70%；银铜合金粉（50～90%Ag，10～50%Cu）30～50%。
10.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用材料，其特征在于所述材料可以在温度70～90℃，压力2～8MPa，保温时间10～20h条件下实现镀银或铜的铝合金材料的低温扩散连接，连接接头重熔温度高于250℃。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104096961A (zh) * 2014-07-10 2014-10-15 西北工业大学 紫铜低温扩散连接方法
CN107350663A (zh) * 2017-08-30 2017-11-17 桂林电子科技大学 液态金属增强基纳米银焊膏热界面材料及其制备方法
CN107470795A (zh) * 2017-08-20 2017-12-15 东北石油大学 用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法
CN109082710A (zh) * 2018-09-17 2018-12-25 中国科学院金属研究所 一种化学成分连续梯度分布的镍基单晶高温合金试棒的制备方法
CN111085768A (zh) * 2019-12-31 2020-05-01 东莞材料基因高等理工研究院 一种铝基金属材料低温扩散连接方法
US20220009022A1 (en) * 2018-12-21 2022-01-13 Nhk Spring Co., Ltd. Joining method and joined body

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020012607A1 (en) * 2000-05-24 2002-01-31 Corbin Stephen F. Variable melting point solders and brazes
CN1764515A (zh) * 2003-04-01 2006-04-26 千住金属工业株式会社 焊膏以及印刷电路板
CN101362261A (zh) * 2007-08-10 2009-02-11 北京康普锡威焊料有限公司 用于电子元器件的低温无铅焊接材料
JP2010516478A (ja) * 2007-01-22 2010-05-20 ユニヴァーシティー オブ メリーランド 高温はんだ材料
CN102642095A (zh) * 2011-02-17 2012-08-22 富士通株式会社 导电接合材料、接合导体的方法以及制造半导体器件的方法
CN103153528A (zh) * 2010-11-19 2013-06-12 株式会社村田制作所 导电性材料、使用它的连接方法和连接结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020012607A1 (en) * 2000-05-24 2002-01-31 Corbin Stephen F. Variable melting point solders and brazes
CN1764515A (zh) * 2003-04-01 2006-04-26 千住金属工业株式会社 焊膏以及印刷电路板
JP2010516478A (ja) * 2007-01-22 2010-05-20 ユニヴァーシティー オブ メリーランド 高温はんだ材料
CN101362261A (zh) * 2007-08-10 2009-02-11 北京康普锡威焊料有限公司 用于电子元器件的低温无铅焊接材料
CN103153528A (zh) * 2010-11-19 2013-06-12 株式会社村田制作所 导电性材料、使用它的连接方法和连接结构
CN102642095A (zh) * 2011-02-17 2012-08-22 富士通株式会社 导电接合材料、接合导体的方法以及制造半导体器件的方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104096961A (zh) * 2014-07-10 2014-10-15 西北工业大学 紫铜低温扩散连接方法
CN107470795A (zh) * 2017-08-20 2017-12-15 东北石油大学 用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法
CN107470795B (zh) * 2017-08-20 2019-10-25 东北石油大学 用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法
CN107350663A (zh) * 2017-08-30 2017-11-17 桂林电子科技大学 液态金属增强基纳米银焊膏热界面材料及其制备方法
CN109082710A (zh) * 2018-09-17 2018-12-25 中国科学院金属研究所 一种化学成分连续梯度分布的镍基单晶高温合金试棒的制备方法
CN109082710B (zh) * 2018-09-17 2020-08-11 中国科学院金属研究所 一种化学成分连续梯度分布的镍基单晶高温合金试棒的制备方法
US20220009022A1 (en) * 2018-12-21 2022-01-13 Nhk Spring Co., Ltd. Joining method and joined body
CN111085768A (zh) * 2019-12-31 2020-05-01 东莞材料基因高等理工研究院 一种铝基金属材料低温扩散连接方法

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