CN104148822B - 一种低温钎焊材料 - Google Patents
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Abstract
一种低温钎焊材料，包括低熔点合金和高熔点金属粉末，其中，低熔点合金的质量含量为65～80％，包括Sn、Bi、Pb、In和Zn，所述低熔点合金中Sn的质量含量为10～30％，Bi的质量含量为25～45％，Pb的质量含量为15～25％，In的质量含量为15～25％，Zn的质量含量为5～10％；所述高熔点金属粉末为银粉或银粉与铜粉组成的混合物，质量含量为20～35％，金属粉末直径小于25μm；所述高熔点金属粉末均匀分散于所述低熔点合金中。采用本发明的低温钎焊材料，能够在80℃以下完成铝合金的低温钎焊，并可有效解决铝合金界面连接中存在的键接不牢靠、导热效率低等问题，在航天领域有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温钎焊材料，属于焊接领域。
背景技术
界面连接是航天器领域中传热、导电等结构中极其重要的环节，也是当前热控系统大功率、高热流密度散热的薄弱环节。当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，严重影响了大功率、(超)高热流密度的散热要求。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，界面金属键连接相比于其他连接方式能够大幅度提高界面传热能力，并且能适应长寿命安全运行的需求。
专利201410009293.x发明了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，能够实现铝合金的低温连接，但是该专利中涉及的界面低温扩散连接用材料中含有Ga元素，Ga元素与铝合金之间反应剧烈，一旦Ga接触到铝合金材料，将迅速沿着铝合金晶界扩散，对铝合金本体产生腐蚀，对结构安全可靠性不利，影响连接强度和结构寿命。其他关于大功率高热流密度散热方面的金属键连接未见报道。
发明内容
本发明的技术解决问题是：提供一种铝合金低温钎焊材料(钎焊温度80℃以下)，用以解决现有技术中键接传热能力不足以及键接不牢靠等问题。
本发明的技术解决方案是：一种低温钎焊材料，包括低熔点合金和高熔点金属粉末；其中，低熔点合金包括Sn、Bi、Pb、In和Zn，质量含量为65～80％；高熔点金属粉末是银粉或银粉与铜粉的混合物，粉末直径小于25μm，质量含量为20～35％；所述高熔点金属粉末均匀分散于所述低熔点合金中。
所述低熔点合金的质量含量为75～78％。
所述低熔点合金中Sn的质量含量10～30％；Bi的质量含量为25～45％；Pb的质量含量为15～25％；In的质量含量为15～25％；Zn的质量含量为5～10％。
所述低熔点合金中Sn的质量含量15～20％；Bi的质量含量为40％；Pb的质量含量为18～20％；In的质量含量为15～20％；Zn的质量含量为5～7％。
所述高熔点银粉与铜粉的混合物中银粉与铜粉的质量比为1:1～3:2。
所述钎料的钎焊温度小于80℃。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明结合了In和Bi的低熔点特性与Sn、Pb和Zn良好的焊接性能，通过均匀混合粒径小于25μm银粉或银粉与铜粉，制备出性能良好的低温钎焊材料，能够在80℃以下完成铝合金的低温钎焊，且焊接牢靠，使用寿命长。
(2)本发明通过控制低熔点合金的质量百分比和金属粉末的质量百分比，可获得界面连接强度较高的金属键接，达到22MPa以上，满足使用要求，同时，克服了现有技术中存在的导热效果差的问题，极大地提高了界面传热能力，在航天器传热、导电领域有着广泛的用途。
(3)本发明通过控制低熔点合金与高熔点金属的比例，可有效提高钎焊强度，当低熔点合金的质量含量为75-78％时，钎焊强度可24MPa左右，满足使用要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的实施进行说明。
实施例1
钎焊材料配比(均为质量分数)：低熔点合金所占比例为80％，其中，低熔点合金中Sn为10％，Bi为45％，Pb为20％，In为20％，Zn为5％；高熔点金属粉末银粉所占比例20％。
制备过程：按配比称重Sn、Bi、Pb、In、Zn，熔炼为低熔点合金，称取8g低熔点合金和2g银粉，所用银粉的粒径小于25μm，在70℃将低熔点合金熔化，然后加入银粉，混合均匀呈膏状。将调制好的膏状材料抹在表面已经过镀铜的6061铝合金表面上，进行低温钎焊。
钎焊及结果：钎焊温度80℃，并对钎焊材料施加2MPa压力，经扩散处理72h后成功实现了6061铝合金的低温钎焊界面连接，界面连接剪切强度为22MPa。
实施例2
钎焊材料配比(均为质量分数)：低熔点合金所占比例为78％，其中，低熔点合金中Sn为15％，Bi为40％，Pb为18％，In为20％，Zn为7％；高熔点金属粉末银粉所占比例22％。
制备过程：按配比称重Sn、Bi、Pb、In、Zn，熔炼为低熔点合金，按比例称重7.8g低熔点合金和2.2g银粉，银粉的粒径小于25μm。在78℃将低熔点合金熔化，然后加入银粉，混合均匀呈膏状。将调制好的膏状材料抹在表面已经过镀银的6061铝合金表面上，进行低温钎焊。
钎焊及结果：钎焊温度76℃，并对钎焊材料施加3MPa压力。经扩散处理80h后成功实现了6061铝合金热管的低温钎焊界面连接，界面连接剪切强度为23MPa。
实施例3
钎焊材料配比(均为质量分数)：低熔点合金所占比例为75％，其中，低熔点合金中Sn为15％，Bi为40％，Pb为20％，In为20％，Zn为5％；高熔点金属粉末银粉所占比例25％。
制备过程：按配比称重Sn、Bi、Pb、In、Zn，熔炼为低熔点合金，按比例称重7.5g低熔点合金和2.5g银粉，银粉的粒径小于25μm。在75℃将低熔点合金熔化，然后加入银粉，混合均匀呈膏状。将调制好的膏状材料抹在表面已经过镀银的6061铝合金表面上，进行低温钎焊。
钎焊及结果：钎焊温度74℃，并对钎焊材料施加4MPa压力。经扩散处理80h后成功实现了6061铝合金热管的低温钎焊界面连接，界面连接剪切强度为24MPa。
实施例4
钎焊材料配比(质量分数)：低熔点合金所占比例为70％，其中，低熔点合金中Sn为20％，Bi为40％，Pb为20％，In为15％，Zn为5％；由银粉和铜粉组成的高熔点金属粉末所占比例为30％。
制作过程：按配比称重Sn、Bi、Pb、In、Zn，熔炼为低熔点合金，按比例称重7g低熔点合金和3g银粉和铜粉组成的混合金属粉末，其中，银粉的质量为1.8g，铜粉的质量为1.2g，且银粉和铜粉的粒径均小于25μm。在70℃将低熔点合金熔化，然后加入银粉和铜粉组成的混合金属粉末，混合均匀呈膏状。将调制好的膏状材料抹在表面已经过镀铜的6061铝合金表面上，进行低温钎焊。
钎焊及结果：钎焊温度70℃，并对钎焊材料施加5MPa压力。经扩散处理96h后成功实现了6061铝合金热管的低温钎焊界面连接，界面连接剪切强度为23MPa。
实施例5
钎焊材料配比(均为质量分数)：低熔点合金所占比例65％，其中，低熔点合金中Sn为25％，Bi为25％，Pb为25％，In为15％，Zn为10％，；银粉和铜粉组成的高熔点金属粉末所占比例为35％。
制作过程：按配比称重Sn、Bi、Pb、In、Zn，熔炼为低熔点合金，按比例称重6.5g低熔点合金和3.5g银粉和铜粉的混合金属粉末，其中，银粉的质量为1.75g，铜粉的质量为1.75g，且银粉和铜粉的粒径均小于25μm。在75℃将低熔点合金熔化，然后加入银粉和铜粉组成的混合金属粉末，混合均匀呈膏状。将调制好的膏状材料抹在表面已经过镀银的6061铝合金表面上，进行低温钎焊。
钎焊及结果：钎焊温度65℃，并对钎焊材料施加6MPa压力。经扩散处理96h后成功实现了6061铝合金热管的低温钎焊界面连接，界面连接剪切强度为22MPa。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
Claims (5)
1.一种低温钎焊材料，其特征在于，包括低熔点合金和高熔点金属粉末；其中，低熔点合金包括Sn、Bi、Pb、In和Zn，质量含量为65～78％；低熔点合金中Sn的质量含量为10～30％；Bi的质量含量为25～45％；Pb的质量含量为15～25％；In的质量含量为15～25％；Zn的质量含量为5～10％；高熔点金属粉末是银粉或银粉与铜粉的混合物，粉末直径小于25μm，质量含量为22～35％；所述高熔点金属粉末均匀分散于所述低熔点合金中。
2.根据权利要求1所述的一种低温钎焊材料，其特征在于，所述低熔点合金的质量含量为75～78％。
3.根据权利要求1所述的一种低温钎焊材料，其特征在于，所述低熔点合金中Sn的质量含量为15～20％；Bi的质量含量为40％；Pb的质量含量为18～20％；In的质量含量为15～20％；Zn的质量含量为5～7％。
4.根据权利要求1所述的一种低温钎焊材料，其特征在于，所述高熔点银粉与铜粉的混合物中银粉与铜粉的质量比为1:1～3:2。
5.根据权利要求1所述的一种低温钎焊材料，其特征在于，所述钎料的钎焊温度小于80℃。
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