CN104259686A - 铝箔焊接钎焊料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种铝箔焊接钎焊料的制备方法，旨在提供一种焊接温度低，焊后器件变形小，焊接过程可靠的铝箔焊接焊料的制备方法。本发明通过下述技术方案予以实现：按Zn的含量为50wt％-65wt％、Cd的含量为35wt％-50wt％；在常温下称取锌块放入坩埚内，在表面上撒一层纯碳质石墨粉，然后置于450℃-500℃的加热炉中，使其熔化，锌Zn熔化后将镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热15min-20min，使其熔化；待镉Cd熔化后用石墨棒搅拌均匀，停留1min-2min后，清除石墨覆盖剂和熔渣，然后撒上一层松香粉置于加热炉中精炼1min-2min；取出坩埚浇注成锭。本发明解决了储能电容器电容芯子铝箔并联电极采用钎焊的焊接问题。

Description

铝箔焊接钎焊料的制备方法
技术领域  
本发明涉及一种超薄铝箔间焊接的钎焊料配制方法，尤其是针对电容器超薄铝箔间低熔点焊接的钎焊料的方法。
背景技术
在现有技术中，在还没有适用的且电连接性能好的商用钎料环境下,铝箔间焊接、较薄铝箔带和铝引线排的焊接问题一直困扰着各生产厂家,常用的氩弧焊方法在此类工况的焊接中常会造成铝箔、箔带被烧穿.由于铝排还未获得足够的熔深,铝箔和铝排不能熔在一起,使焊接失败。铝箔和铝箔，铝箔和铝片一直是焊接的难题。铝箔的间焊接首先得去除氧化膜，如果靠调整机械结构焊接很难。通常的方法是把要相接的两层铝箔放在下层钢板上，将上层钢板压下去，将两层铝箔贴在一起。另一种是用木锤轻轻敲打穿孔边上的箔片，将两层铝箔连接在一起。选用特种粘合剂复合后形成致密膜，虽然具有复合后的铝箔表面光滑平整、光反射率高、纵横向抗拉大、不透气、不透水、密封性能好、耐候性强等特点，但使用寿命短，不稳定，易水解。即使电容芯子由30～50片，0.0075厚的L6铝箔进行并联铝箔间焊接，用低温焊接超薄铝箔，成功的合格率相当低。
发明内容
本发明目的是针对现有技术没有适用的且电连接性能好的商用钎料问题，提供一种焊接温度低，焊后器件变形小，焊接过程可靠，耐震动的铝箔焊接焊料的制备方法。
本发明为解决上述技术问题，是通过这样技术方案实现的，一种铝箔焊接钎焊料的制备方法，其特征在于包括如下步骤，按重量百分比选用能与铝固溶；导热系数较大；膨胀系数与铝相近，熔点≤200℃的锌、镉作为主配制焊料，其中Zn的含量为50wt％-65wt％、Cd的含量为35wt％-50wt％；在常温下称取锌块放入坩埚内，在表面上撒一层纯碳质石墨粉，然后置于450℃-500℃的加热炉中，加热25min-30min，使其熔化，锌Zn熔化后将镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热15min-20min，使其熔化；待镉Cd熔化后用石墨棒搅拌均匀，停留1min-2min后，清除石墨覆盖剂和熔渣，然后撒上一层松香粉置于加热炉中精炼1min-2min；取出坩埚浇注成锭。
本发明具有如下有益效果：
利用本发明配置的低熔点锌基镉钎焊材料与铝箔的钎焊接合良好，焊后变形小,稳固定型,无焊剂的腐蚀问题，焊后不需要清洗。焊接温度距离铝材熔点远，焊接过程可靠。钎焊合格率大于98％。试验证明，焊接温度低(200～270℃),可承受150～ -190℃冷热交变冲击，耐震动。解决了电容芯子需要由30～50片，0.0075厚的L6铝箔进行并联，低温焊接超薄铝箔间的焊接问题，满足了电容器的电性能指标及其系列产品中电容器内部铝箔间焊接要求。钎料的熔点为：135—189℃ ，强度为127ＭＰａ。该钎料具有与电容器常用浸渍剂相容及无腐蚀的特性，还具有抗热冲击疲劳的性能，可满足全膜电容器的钎焊生产要求，以及其它需要铝材低温无钎剂钎焊的场合。拉伸强度较高。
本发明针对储能电容器用铝箔电极采用钎焊的方法,电容芯子需要由30～50片0.0075厚的L6铝箔进行并联,以此工序进行低温焊接。其新颖性、创造性是焊接温度低(200～270℃),焊后器件变形小,稳固定型,无焊剂的腐蚀问题，焊后不需要清洗，可承受150～ -190℃冷热交变冲击。实用性是能够解决超薄铝箔间的焊接问题。
具体实施方式
在以下实施例中将进一步举例说明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而对本发明没有限制。
根据焊接要求焊料熔点在200℃左右、导热性能好、热阻小、变形小、对焊接强度要求不高、所以选择焊料的出发点是：漫流温度低；对铝浸润性好，能与铝固溶；导热系数较大；膨胀系数与铝相近，低温下焊料不破裂焊料。表1列出了低熔点金属的熔点、导热系数和热膨胀系数。从表1可知低温焊料应以锌、镉为主配制。从浸润性看，锌、锡、镉都较好，而铅几乎不溶于锌、镉。从焊料温度看，加入镉可降低焊接温度。又因为随着含锌的增加，能够提高合金的抗腐蚀性，根据对比，铝箔低温焊料主要配方可以由锌、镉组成。其质量百分比为Zn含量为50 wt％～65wt％、Cd含量为35 wt％～50wt％任意取值，经过熔炼配制成Zn-Cd组成的二元共晶组织。也可根据对强度、温度的不同要求调整配比。比如加入少量锡能较好的填满间隙。    
              表1 低熔点金属的熔点、导热系数和线膨胀系数
针对薄型材质的特殊要求,为满足电容器的电性能指标,配置低熔点锌基镉钎焊材料可满足该系列产品中电容器内部铝箔间焊接要求。锌：50wt%～60wt％、镉：30wt%～50wt％，必要时可以添加锡4wt%～15wt％，在上述取值合理范围内，由以下实施例步骤制备得到铝箔焊接钎焊料。
实施例1
设备及工具：1、坩埚电炉或箱式电炉及控温设备；2、石墨坩埚、瓷坩埚；3、石墨棒或不锈钢棒；4、不锈钢锭摸；5、坩埚钳；6、架盘天平，感量：0。5g，称量：1000g；7、电热干燥箱。
材料：1、锌：Zn-2  2、Cd-2或Cd-3 3、松香：3-5级 4、纯碳质石墨粉。
本发实施例所述钎料的成分是以锌60wt%、镉40wt%配制而成。制备这种钎焊料由以下步骤组成：在常温下称取锌块放入坩埚内，在表面上撒一层纯碳质石墨粉，置于500℃的炉中，加热30min，使其熔化，此时溶液表面有一层石墨粉覆盖；锌熔化后将镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热20min，使其熔化；锌Zn熔化后将镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热15-20min，使其熔化；待镉熔化后用石墨棒搅拌均匀，停留1-2min后，清除石墨覆盖剂和熔渣，然后撒上一层松香粉置于炉中精炼1-2min；取出坩埚浇注成锭。浇注时坩埚内存留少量残夜，浇注温度：450℃。焊接温度低于200℃,焊后器件变形小,稳固定型,无焊剂的腐蚀问题，焊后不需要清洗，可承受150℃～ -190℃冷热交变冲击。
实施例2
在常温常压下，按锌：55wt％、镉：45wt％含量成分配制钎料,将锌、镉板料切成长、宽分别为8～10mm的小块，洗净, 松香粉碎成细末，坩埚、不锈钢锭模、坩埚钳洗净并烘干。然后将称量好的锌块放入坩埚内，并在其锌块表面上撒一层纯碳质石墨粉，置于480℃-的加热炉中，加热25min，使其熔化，此时溶液表面有一层石墨粉覆盖；锌熔化后将称量好的镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热15min，使其熔化；待镉熔化后用石墨棒搅拌均匀，停留1-2min后，清除石墨覆盖剂和熔渣，得到经过熔炼配制成组成的Zn-Cd二元共晶组织物，然后撒上一层松香粉置于加热炉中精炼1-2min；取出坩埚浇注于不锈钢锭模中。浇注时坩埚内存留少量残夜，浇注温度：420℃。固化：在温度20±5℃、湿度70％～80％的环境下，将浇注完的产品，进行自然冷却固化。最后从锭模中取出一块表面光滑的钎焊料。焊接温度低于210℃,焊后器件变形小,稳固定型,无焊剂的腐蚀问题，焊后不需要清洗，可承受160℃～ -190℃冷热交变冲击。
         实施例3
按锌：55wt％、镉：35wt％、锡：10wt％含量成分配制钎料,将锌、镉、锡板料切成长、宽分别为9mm～10mm的小块，洗净, 松香粉碎成细末，坩埚、不锈钢锭模、坩埚钳洗净并烘干。然后将称量好的锌块放入坩埚内，并在其锌块表面上撒一层纯碳质石墨粉，置于430℃的炉中，加热28min，使其熔化，此时溶液表面有一层石墨粉覆盖；锌熔化后将称量好的锡块、镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热20min，使其熔化；待锡、镉熔化后用石墨棒搅拌均匀，停留1-2min后，清除石墨覆盖剂和熔渣，得到经过熔炼配制成组成的Zn-Cd-Sn三元共晶组织物，然后撒上一层松香粉置于炉中精炼1-2min；取出坩埚浇注于不锈钢锭模中。浇注时坩埚内存留少量残夜，浇注温度：420℃。固化：在温度20±5℃、湿度70％～80％的环境下，将浇注完的产品，进行自然冷却固化。最后从锭模中取出一块表面光滑的钎焊料。焊接温度低于230℃,焊后器件变形小,稳固定型,无焊剂的腐蚀问题，焊后不需要清洗，可承受170℃～ -190℃冷热交变冲击。
实施例4
按锌wt％、镉wt％含量范围为锌：53wt %、镉：43wt％，加锡4wt％,将各组合含量重复实验实施例1的方法。焊接温度低于230℃,焊后器件变形小,稳固定型,无焊剂的腐蚀问题，焊后不需要清洗，可承受160℃～ -190℃冷热交变冲击。
实施例5
按锌：58wt %、镉：35wt％，加锡7wt％,用该组合含量重复实验实施例1的方法。焊接温度低于240℃,焊后器件变形小,稳固定型,无焊剂的腐蚀问题，焊后不需要清洗，可承受170℃～ -190℃冷热交变冲击。

Claims (5)

1.一种铝箔焊接钎焊料的制备方法，其特征在于包括如下步骤，按重量百分比选用能与铝固溶；导热系数较大；膨胀系数与铝相近，熔点≤200℃的锌、镉作为主配制焊料，其中Zn的含量为50wt％-65wt％、Cd的含量为35wt％-50wt％；在常温下称取锌块放入坩埚内，在表面上撒一层纯碳质石墨粉，然后置于450℃-500℃的加热炉中，加热25min-30min，使其熔化，锌Zn熔化后将镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热15min-20min，使其熔化；待镉Cd熔化后用石墨棒搅拌均匀，停留1min-2min后，清除石墨覆盖剂和熔渣，然后撒上一层松香粉置于加热炉中精炼1min-2min；取出坩埚浇注成锭。
2.根据权利1所述的铝箔焊接钎焊料的制备方法，在常温常压下，按锌：55wt％、镉：45wt％含量成分配制钎料,将锌、镉板料切成长、宽分别为8～10mm的小块，洗净, 松香粉碎成细末，坩埚、不锈钢锭模、坩埚钳洗净并烘干，然后将称量好的锌块放入坩埚内，并在锌块表面上撒一层纯碳质石墨粉，置于480℃-的加热炉中，加热25min，使其熔化，此时溶液表面有一层石墨粉覆盖；锌熔化后将称量好的镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热15min，使其熔化；待镉熔化后用石墨棒搅拌均匀，停留1-2min后，清除石墨覆盖剂和熔渣，得到经过熔炼配制成组成的Zn-Cd二元共晶组织物，然后撒上一层松香粉置于加热炉中精炼1-2min；取出坩埚浇注于不锈钢锭模中。
3. 根据权利要求1所述的铝箔焊接钎焊料的制备方法，锌：50wt%～60wt％、镉：30wt%～50wt％，添加锡4wt%～15wt％，在上述取值范围内，制备铝箔焊接钎焊料。
4.根据权利要求3所述的铝箔焊接钎焊料的制备方法，按锌：55wt％、镉：35wt％、锡：10wt％含量成分配制钎料,将锌、镉、锡板料切成长、宽分别为9mm～10mm的小块，洗净, 松香粉碎成细末，坩埚、不锈钢锭模、坩埚钳洗净并烘干；然后将称量好的锌块放入坩埚内，并在其锌块表面上撒一层纯碳质石墨粉，置于430℃的炉中，加热28min，使其熔化，此时溶液表面有一层石墨粉覆盖；锌熔化后将称量好的锡块、镉块迅速放入锌溶液中并置于加热炉中继续加热20min，使其熔化；待锡、镉熔化后用石墨棒搅拌均匀，停留1-2min后，清除石墨覆盖剂和熔渣，得到经过熔炼配制成组成的Zn-Cd-Sn三元共晶组织物，然后撒上一层松香粉置于炉中精炼1-2min；取出坩埚浇注于不锈钢锭模中。
5.根据权利要求1所述的铝箔焊接钎焊料的制备方法，其中：锌Zn 60wt％ 、镉Cd40wt％。
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