CN108340097B - 复合非晶钎料焊带制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种复合非晶钎料焊带制作方法，包括以下步骤：设备配置，钎料的熔化和恒压喷注，非晶钎料箔带的复合；钎料的熔化和恒压喷注：将钎料放入熔化恒压喷注一体炉中，炉体密封通过气压表连接保护气瓶或储气罐，熔化开始前抽真空或通入惰性气体保护。待钎料熔化均匀后，对钎料熔液施加0.08‑0.12Mpa气压，使熔液恒压喷注到快速转动的水冷铜辊上，水冷铜辊转速为20‑35m/s；非晶钎料箔带的收集和复合：通过多股线绕线装置将非晶钎料箔带缠绕成厚度为2mm‑4mm的较厚的多层非晶钎料箔带，将多层非晶钎料箔带两端利用电阻焊方式焊接固定。通过对多层同成分或异成分非晶箔带进行低温加热压延或粘结剂粘合的方式，制备出符合要求的焊带。本申请设计合理简洁，效率高，成本低。

Description

复合非晶钎料焊带制作方法

技术领域

本申请涉及一种复合非晶钎料焊带的制作方法。

背景技术

非晶合金相对于传统的晶体金属或合金来说，其具有长程无序、短程有序（或是中程有序）的结构特点。正是这种独特结构的存在，才能使非晶体表现出更好的优异的物理和化学性能。非晶合金机构内部因为没有晶界、层错等缺陷，因此具有优异的抗腐蚀性能，不存在偏析及异相等结构。从热力学上讲，非晶合金是一种亚稳态结构，它的原子结构呈现出长程无序排列，有序性被严格限制在几个原子的尺寸范围内，非晶合金在一定的热力学条件下将转变为能量更低的晶态结构。非晶材料这些特殊性质决定了其性能与晶态金属间存在很大差异。在使用非晶和晶态钎料钎焊时，非晶钎料表现出熔点低、融化温度范围窄的特点，具有良好的润湿、铺展性能。除此以外，使用非晶钎料焊接的焊缝在强度和耐腐蚀性能上都优于传统的晶态钎料。

在钎焊行业中，传统铜磷钎料含P量均在5％以上。由于含磷量高，钎料基体中含有大量的脆性Cu3P相，导致钎料在室温呈脆性，因此其应用范围受到了限制。而含Sn、Mn等多元合金组成的银钎料以及钴基钎料等也加工性能差存在不易量产的特点。因此有学者考虑使用制备非晶态合金的方法实现钎料成型，达到脆性、难加工钎料带材的近净成型。但目前铜磷、银基及钴基非晶态钎料的制备还未能在行业内形成批量化的生产，市场上所见较多的为铝基、镍基、铜基等的非晶箔带。常规方法制备的非晶箔带尺寸在微米级，当带材尺寸过厚时，由于急冷速率受到影响，无法制成非晶，因此在实际应用中存在局限。而微米级非晶钎料厚度过薄，无法填充较宽的间隙。因此需要在此基础上进行工艺改进，获得可用于较宽间隙钎焊应用的厚度较厚的钎料焊带。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理，制备效率高，成本低，能够在不改变钎料非晶状态下增加焊带厚度的方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是包括以下步骤：设备配置，钎料的熔化和恒压喷注，非晶钎料箔带（快速成型后）的收集，非晶钎料箔带的复合。

所述设备配置-备好熔化恒压喷注一体炉，熔注炉下置喷嘴出口为扁嘴形，长度为5-20mm，宽度为0.1-1mm的类似矩形形状。熔注炉垂直于水平面安装固定，熔注炉内钎料被加热设备（高频或中频线圈）有效加热区域覆盖。备好表面光滑的水冷铜辊并清理外表面，水冷铜辊外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。喷嘴正对水平放置的水冷铜辊且喷嘴与水冷铜辊的间距为0.5mm-1.5mm，如间距过小，会导致金属熔液堵住喷嘴，如间距过大，则急冷效果将大打折扣，导致无法形成非晶或非晶质量差。

钎料的熔化和恒压喷注-将钎料放入熔化恒压喷注一体炉中，之后炉体密封，通过气压阀连接保护气瓶或储气罐气压阀。熔化开始前抽真空或通入惰性气体保护。待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶或储气罐气压阀，对钎料熔液施加0.08-0.12MPa的气压，施压气体也是保护气体，使熔液恒压喷射到匀速转动的水冷铜辊上。随着炉内熔液液面下降，增加保护气体使喷嘴处熔液所受压力恒定，熔液以确定流速喷注到快速转动的水冷铜辊上，水冷铜辊的转速为20-35m/s。

利用单辊急冷法制备出非晶钎料箔带，通过气压大小控制熔液喷射速度，进而控制熔液的冷却速度，压力过大，喷射速度过快会导致熔液无法与水冷铜辊有效接触；压力过小，喷射速度太慢，则接触水冷铜辊时间晚，无法实现快速冷却，均无法将钎料制成非晶钎料箔带。

水冷铜辊可在空气中制备非晶钎料，优选的水冷铜辊在保护气体中，可避免钎料产生氧化，进一步优选的水冷铜辊处于真空环境中，所制备的非晶焊带表面光亮无氧化。

非晶钎料箔带的收集和复合-为将缠绕在水冷铜辊上非晶箔带整齐取下，非晶钎料箔带制备完成后，通过多股线绕线装置将水冷铜辊上收卷的数十卷非晶钎料箔带，缠绕成厚度为0.8mm-4mm的较厚的多层非晶钎料箔带，并将多层非晶钎料箔带两端利用电阻焊方式焊接固定，防止带材散开。制备出的单层非晶箔带虽然能够使用，但在焊接对填充金属量有要求的大间隙焊缝时，需要将多层非晶箔带复合制备为较厚的焊带。厚焊带的制备可采用加热压延或粘结剂粘合的方式。当对非晶钎料带材复合稳定性有要求时，一般采用加热压延的方式复合，将双层或多层非晶钎料箔带叠加后，控制加热温度，保证箔带压延温度在晶化温度以下，此种方式可制备出尺寸合适的非晶态的钎料焊带。

当非晶钎料带材复合稳定性要求较低时，也可采用粘结剂粘合的方式对多层非晶钎料箔带进行粘合，在需要粘合的多层非晶钎料箔带间涂抹粘结剂使多层非晶钎料箔带粘合成较厚的非晶钎料带材。

在需要由不同成分非晶钎料箔带形成复合非晶钎料焊带时，可将不同成分的非晶钎料箔带低温压延或粘合复合，所述低温压延温度应控制在不同（所有）材料中最低晶化温度以下。本申请复合非晶钎料焊带可由相同成分的若干个非晶钎料箔带或不同成分的若干个非晶钎料箔带或若干个成分相同和或不同的复合非晶钎料焊带复合而成。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和效果：设计合理简洁，制备效率高，成本低，能够在保证钎料为非晶态的同时制备出厚度和表面质量达到客户要求的复合非晶焊带。

附图说明

图1是本申请原理示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。

参见图1，设备包括熔化恒压喷注一体炉（简称熔注炉）1，喷嘴11，铜辊2，感应加热线圈3，通气管4，真空泵5，真空密封阀51，气压阀61，保护气瓶6，气压表7。熔注炉头部其喷嘴11出口为扁嘴形，长度L为5-20mm，宽度为0.1-1mm。熔注炉尾部密封连接气压阀61。备好表面光滑的铜辊2并清理外表面，喷嘴11正对水平放置的铜辊2且喷嘴11与铜辊2的间距H为0.5mm-1.5mm。

实施例1：如图1所示，熔注炉下部喷嘴11出口为扁嘴形，长度L为20mm，宽度为0.1mm，备好表面光滑的水冷铜辊2并清理外表面，喷嘴11正对水平放置的水冷铜辊2且喷嘴11与水冷铜辊2间距H为1mm。将BAl92Si钎料作为原材料加入熔注炉，之后炉体密封，通过通气管4一路连接气压阀61、气压表7、保护气瓶6或储气罐，另一路连接真空密封阀51、真空泵5。熔化开始前通过真空密封阀51、真空泵5抽真空，通过感应加热使钎料完全熔化，待钎料熔化均匀后，调节与通气管4连接的保护气瓶6或储气罐气压阀61，在保护气氛下，对钎料熔液施加0.08-0.12MPa的气压，随着炉内熔液液面下降，增加保护气体气压使喷嘴处熔液所受压力恒定，熔液以确定流速喷注到快速转动的水冷铜辊2（水冷铜辊2处于保护气体中，表面光滑，转速30m/s）。铜辊外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。利用收卷装置将箔带收卷后，得到厚度约为20微米非晶钎料箔带。非晶箔带制备完成后，通过多股线绕线装置将水冷铜辊2上收卷的数十卷非晶钎料箔带，缠绕成厚度为2mm-4mm的较厚的多层非晶箔带，将多层非晶箔带端头利用电阻焊方式焊成一点，防止带材散开。从收卷非晶箔带卷中取出10条叠加成多层非晶箔带，在多层非晶箔带两侧涂抹粘结剂，将箔带粘结成厚为0.2-0.25mm复合非晶钎料焊带。

实施例2：如图1所示，熔注炉下部喷嘴11出口为扁嘴形，长度L为10mm，宽度为0.5mm，备好表面光滑的水冷铜辊2并清理外表面，喷嘴11正对水平放置的水冷铜辊2且喷嘴11与水冷铜辊2间距H为1mm。将BCu86SnPNi钎料作为原材料加入熔注炉，之后炉体密封，通过气压阀61、气压表7连接保护气瓶6或储气罐。熔化开始前打开气压阀61通入惰性气体保护，通过感应加热使钎料完全熔化，待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶6或储气罐气压阀61，在保护气氛下，对钎料熔液施加0.08-0.12MPa的气压，随着炉内熔液液面下降，增加保护气体气压使喷嘴11处熔液所受压力恒定，熔液以确定流速喷注到快速转动的水冷铜辊2（水冷铜辊2处于保护气体中，表面光滑，转速30m/s）。铜辊2外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。利用收卷装置将箔带收卷后，得到厚度约为25微米的非晶钎料箔带。将多层箔带叠加后，通过200℃低温加热压延，形成厚度为0.4mm复合非晶钎料焊带。

实施例3：如图1所示，熔注炉下部喷嘴11出口为扁嘴形，长度L为20mm，宽度为1mm，备好表面光滑的水冷铜辊2并清理外表面，喷嘴11正对水平放置的水冷铜辊2且喷嘴11与水冷铜辊2间距H为1mm。将BCo-1钎料作为原材料加入熔注炉，之后炉体密封，通过气压阀61、气压表7连接保护气瓶6或储气罐。熔化开始前打开气压阀61通入惰性气体保护，通过感应加热使钎料完全熔化，待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶6或储气罐气压阀61，在保护气氛下，对钎料熔液施加0.08-0.12MPa的气压，随着炉内熔液液面下降，增加保护气体气压使喷嘴11处熔液所受压力恒定，熔液以确定流速喷注到快速转动的水冷铜辊2（水冷铜辊2处于保护气体中，表面光滑，转速30m/s）。铜辊2外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。利用收卷装置将箔带收卷后，得到厚度约为30微米的非晶钎料箔带。将多层箔带叠加后，通过200℃低温加热压延，形成厚度为0.5mm复合非晶钎料焊带。

实施例4：将实施例1制得的BAl92Si非晶钎料箔带多层叠加，低温加热压延，形成厚度为0.2mm的BAl92Si复合非晶钎料焊带，将实施例2制得的BCu86SnPNi非晶钎料箔带多层叠加，低温加热压延，形成厚度为0.2mm的BCu86SnPNi复合非晶钎料焊带。将BAl92Si复合非晶钎料焊带、BCu86SnPNi复合非晶钎料焊带低温加热压延，所有压延温度都控制在压延材料最低晶化温度以下，形成不同成分的复合非晶钎料焊带。

凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是包括以下步骤：设备配置，钎料的熔化和恒压喷注，非晶钎料箔带的收集和复合；

a.设备配置：将熔化恒压喷注一体炉和快速冷却铸带系统安装调试好，熔化恒压喷注一体炉被加热设备有效加热区域覆盖，且下部有喷嘴，喷嘴为扁状；备好表面光滑的水冷铜辊并清理外表面，喷嘴正对水平放置的水冷铜辊且喷嘴与水冷铜辊的间距为0.5mm-1.5mm；

b. 钎料的熔化和恒压喷注：将钎料放入熔化恒压喷注一体炉中，之后炉体密封，通过气压表连接保护气瓶或储气罐，熔化开始前抽真空或通入惰性气体保护；待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶或储气罐气压表，对钎料熔液施加0.08-0.12MPa的气压，使熔液恒压喷注到快速转动的水冷铜辊上，水冷铜辊的转速为20-35m/s；

c.非晶钎料箔带的收集和复合。

2.根据权利要求1所述复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是：所述非晶钎料箔带的收集和复合包括，非晶钎料箔带制备完成后，通过多股线绕线装置取下，绕成较厚箔带并用电阻焊固定端头，使用低温压延或粘结的方式将箔带加工为需要厚度。

3.根据权利要求1所述复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是：所述水冷铜辊在保护气体中。

4.根据权利要求1所述复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是：所述水冷铜辊处于真空环境中。

5.根据权利要求1所述复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是：所述非晶钎料箔带的收集和复合步骤之间设置有多层非晶钎料箔带的固定步骤：非晶钎料箔带制备完成后，使用多股线绕线装置将水冷铜辊上收卷的非晶钎料箔带，缠绕成厚度为0.8mm-4mm的多层非晶钎料箔带，并将多层非晶钎料箔带两端利用电阻焊方式焊接固定。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是：所述非晶钎料箔带的复合步骤采用加热压延方式复合，将两层及以上的非晶钎料箔带叠加后，在晶化温度以下低温加热压延。

7.根据权利要求1至5任一权利要求所述复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是：所述非晶钎料焊带的复合步骤采用粘结剂粘合的方式对多层非晶钎料箔带进行粘合，在需要粘合的多层非晶钎料箔带间涂抹粘结剂使多层非晶钎料箔带粘合。

8.根据权利要求1至5任一权利要求所述复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是：复合非晶钎料焊带是由同一成分非晶钎料箔带复合的均匀成分复合非晶钎料焊带或由不同成分的非晶钎料箔带复合而成的有成分过渡或成分梯度的复合非晶钎料焊带。

9.根据权利要求1至5任一权利要求所述复合非晶钎料焊带制作方法，其特征是：所述水冷铜辊外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。

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