CN108994434A - 一种用于铝制闪光焊接机的导热液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铝制闪光焊接机的导热液及其制备方法，所述导热液包括以下重量份数的原料：丙二醇40‑70份、导热分散剂30‑70份、铝粉200‑400份、无机硅酸盐100‑200份、石墨烯100‑150份、聚苯胺300‑500份、环氧树脂100‑200份、聚丙烯酰胺0‑70份、季铵盐10‑15份，导热液可为液态、胶状或者膏状，有多种选择可供实际操作使用，使用时均匀薄涂抹在工件端面，通入电流时，作为导热、导电介质材料，将工件端面的孔隙中的空气填满，加速热传导，可使端面受热均匀，预热程度一致从而缩短预热时间，作为使用在闪光对焊机的导热液，还具有良好的导电性能。
Description
技术领域
本发明涉及闪光焊接技术领域，尤其涉及一种用于铝制闪光焊接机的导热液的制备方法。
背景技术
闪光对焊可分为连续闪光对焊和预热闪光对焊。连续闪光对焊由两个主要阶段组成：闪光阶段和顶锻阶段。预热闪光对焊只是在闪光阶段前增加了预热阶段。
闪光阶段的主要作用是加热工件。在此阶段中，先接通电源，并使两工件端面轻微接触，形成许多接触点。电流通过时，接触点熔化，成为连接两端面的液体金属过梁。由于液体过梁中的电流密度极高，使过梁中的液体金属蒸发、过梁爆破。随着动夹钳的缓慢推进，过梁也不断产生与爆破。在蒸气压力和电磁力的作用下，液态金属微粒不断从接口间喷射出来。形成火花急流闪光。在闪光过程中，工件逐渐缩短，端头温度也逐渐升高。随着端头温度的升高，过梁爆破的速度将加快，动夹钳的推进速度也必须逐渐加大。在闪光过程结束前，必须使工件整个端面形成一层液体金属层，并在一定深度上使金属达到塑性变形温度。由于过梁爆破时所产生的金属蒸气和金属微粒的强烈氧化，接口间隙中气体介质的含氧量减少，其氧化能力可降低，从而提高接头的质量，但闪光必须稳定而且强烈。所谓稳定是指在闪光过程中不发生断路和短路现象。断路会减弱焊接处的自保护作用，接头易被氧化，而短路会使工件过烧，导致工件报废。所谓强烈是指在单位时间内有相当多的过梁爆破。闪光越强烈，焊接处的自保护作用越好，这在闪光后期尤为重要。
在闪光阶段结束时，立即对工件施加足够的顶端压力，接口间隙迅速减小过梁停止爆破，即进入顶锻阶段。顶锻的作用是密封工件端面的间隙和液体金属过梁爆破后留下的火口，同时挤出端面的液态金属及氧化夹杂物，使洁净的塑性金属紧密接触，并使接头区产生一定的塑性变形，以促进再结晶的进行、形成共同晶粒、获得牢固的接头。闪光加热达到焊接温度后，迅速提高送进力(顶锻力)，快速送进，将液体金属及氧化、夹杂物全部挤出对口之外，使对口端面固态金属紧密接触，并且有一定塑性变形，两边金属交互结晶，形成共同晶粒，获得牢固对接接头。结晶过程非常快，一般在0.02-0.06秒内完成。
而预热闪光对焊是在闪光阶段之前先以断续的电流脉冲加热工件，然后在进入闪光和顶锻阶段。预热目的如下：(1)减小需用功率，可以在小容量的焊机上焊接断面面积较大的工件，因为当焊机容量不足时，若不先将工件预热到一定温度，就不可能激发连续的闪光过程。(2)降低焊后的冷却速度这将有利于防止淬火钢接头在冷却时产生淬火组织和裂纹。(3)缩短闪光时间可以减少闪光余量，节约贵重金属。但是预热仍有不足之处：延长了焊接周期，降低了生产率；预热控制较困难，预热程度若不一致，就会降低接头质量的稳定性。
铝制散热器的制备工艺中通常需要使用到铝制闪光焊接机，在制备散热器的过程中，也通常需要预热过程，但在实际操作中对于散热器的预热往往会出现预热不均，预热程度不一致的现象，导致了预热时间过长，造成浪费或者预热时间过短制备出的散热器的焊接地方有明显裂纹或者焊接不上，需二次加工。
发明内容
针对上述问题，制备的一种用于铝制闪光焊接机的导热液，主要运用在铝制散热器的制备过程中，可加速热传导，使工件端面受热均匀，预热程度一致，并且具有良好的导电性。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种用于铝制闪光焊接机的导热液，所述导热液包括以下重量份数的原料：丙二醇40-70份、导热分散剂30-70份、铝粉200-400份、无机硅酸盐100-200份、石墨烯100-150份、聚苯胺300-500份、环氧树脂100-200份、聚丙烯酰胺0-70份、季铵盐10-15份。石墨烯和铝作为导电材料在复合型的导热液中起到了提供载流子的作用，其形态、性质和用量直接决定材料的导电作用。
进一步，所述导热液为膏状、胶状、液体状中任意一种。三种不同状态的导热液，可根据实际的需要作出选择。
进一步，所述导热液为膏状导热液，所述膏状导热液中聚丙烯酰胺的重量份数为50-70份。聚丙烯酰胺在导热液的制备过程中主要调节体系的粘稠度，对制备成为膏状导热液起决定性作用。
进一步，所述石墨烯平均直径5-20nm，厚度5-20nm，含碳量大于98％。石墨烯的纯度越高对导热液的导热效果更好。
进一步，所述铝粉的平均粒径50-100nm,纯度大于90％，比表面积为5-20m2/g,晶型为球形。采用直径较小的球形固体颗粒有助于缝隙的填补，增加导热性。
进一步，所述无机硅酸盐为氟硅酸钠、硅酸钠、铝硅酸盐中的一种。无机硅酸盐可以对混合溶液内的分子表面进行接枝改性处理，然后与聚合物基体进行共混，增加其粘稠度，使界面作用强。
进一步，所述制备方法包括以下制备步骤：
在无机硅酸盐中加入70-100℃去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌10-50min,再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，于频率为10-30kHz超声波分散10-60min,得到混合溶液，调节混合溶液pH＝6-9；水浴保温50-70℃，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，搅拌均匀后，于频率为10-30kHz超声分散10-60min，得到导热液。
加入纳米级别的固体铝粉、石墨烯，可以将工件端面的孔隙中的空气填满，加速热传导，可使端面受热均匀，预热程度一致从而缩短预热时间；石墨烯导热导电性良好；而制备的导热液主要运用在铝制散热器的制备过程中，铝也可以作为导电导热介质不会引入其他的金属杂质。体系温度适宜升高凝固效果则会提高，但温度过高，会形成体系过于分散接团，使用困难增加，所以，体系温度适宜水浴保温，控制在50-70℃左右。
进一步，所述导热液的制备步骤中，制备成为膏状导热液，调节混合溶液pH＝8.5-9。选取8.5-9的pH值，是因为导热液调制成为膏状的时候，调节聚丙烯酰胺对体系的粘稠度的影响。
进一步，所述导热液的制备步骤中，制备成为膏状导热液，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，搅拌均匀后，于频率为20-30kHz超声分散30-60min。
进一步，所述导热液应用于铝制闪光焊接机焊接铝制工件时,所述铝制工件涂抹导热液前需要进行预处理，其中铝制工件预处理的包括以下步骤：打磨、碱性脱脂、水洗、磷化、等离子处理，所述等离子处理是将铝制品工件置于等离子反应器中，以氮气为等离子气体，在电极间距为20mm，功率为100W的条件下等离子处理10s后取出。因为铝制工件在进行闪光焊接之前需要预热，为了使受热更均匀，预热程度一致需要采用本发明制备的导热液，在导热液使用之前需要对铝制工件进行预处理，防止导热液不容易附着于铝制工件上，导致的受热不均。
本发明的有益效果：一种用于铝制闪光焊接机的导热液，主要运用在铝制散热器的闪光焊接过程中，导热液可为液态、胶状或者膏状，有多种选择可供实际操作使用，使用时均匀薄涂抹在工件端面，通入电流时，作为导热、导电介质材料，将工件端面的孔隙中的空气填满，加速热传导，可使端面受热均匀，预热程度一致从而缩短预热时间，作为使用在闪光对焊机的导热液，还具有良好的导电性能。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来详细说明本发明：
实施例一：导热液(液体状)的制备一
丙二醇40重量份、导热分散剂40重量份、铝粉400重量份、氟硅酸钠150重量份、石墨烯100重量份、聚苯胺300重量份、环氧树脂100重量份、聚丙烯酰胺0重量份、季铵盐10重量份，石墨烯平均直径5nm，厚度20nm，含碳量大于98％，铝粉的平均粒径50nm,比表面积为5m2/g,晶型为球形。
将氟硅酸钠中加入70℃的去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌10min，再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，进行超声波分散15min，频率为15kHz，得到混合溶液，调节混合溶液pH＝6；水浴保温至50℃左右，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯，进行超声分散10min,频率为15kHz，得到导热液(液体状)。
实施例二：导热液(液体状)的制备二
丙二醇60重量份、导热分散剂35重量份、铝粉200重量份、氟硅酸钠100重量份、石墨烯150重量份、聚苯胺350重量份、环氧树脂140重量份、聚丙烯酰胺0重量份、季铵盐13重量份，石墨烯平均直径10nm，厚度5nm，含碳量大于98％，铝粉的平均粒径70nm,比表面积为16m2/g,晶型为球形。
将氟硅酸钠中加入70℃的去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌15min，再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，进行超声波分散15min，频率为15kHz，得到混合溶液，调节混合溶液pH＝6.5；水浴保温至60℃左右，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯，进行超声分散10min,频率为15kHz，得到导热液(液体状)。
实施例三：导热液(胶体状)的制备一
丙二醇70重量份、导热分散剂30重量份、铝粉230重量份、氟硅酸钠150重量份、石墨烯150重量份、聚苯胺450重量份、环氧树脂130重量份、聚丙烯酰胺40重量份、季铵盐10重量份，石墨烯平均直径20nm，厚度10nm，含碳量大于98％，铝粉的平均粒径70nm,比表面积为16m2/g,晶型为球形。
将氟硅酸钠中加入80℃的去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌20min，再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，进行超声波分散20min，频率为16kHz，得到混合溶液，调节混合溶液pH＝7；水浴保温至60℃左右，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，进行超声分散25min,频率为16kHz，得到导热液(胶体状)。
实施例四：导热液(胶体状)的制备二
丙二醇50重量份、导热分散剂40重量份、铝粉250重量份、无机硅酸盐170重量份、石墨烯120重量份、聚苯胺400重量份、环氧树脂150重量份、聚丙烯酰胺30重量份、季铵盐14重量份，石墨烯平均直径10nm，厚度5nm，含碳量大于98％。铝粉的平均粒径50nm,比表面积为5m2/g,晶型为球形。
将氟硅酸钠中加入80℃的去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌50min，再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，进行超声波分散30min，频率为20kHz，得到混合溶液，调节混合溶液pH＝7.5；水浴保温至60℃左右，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，进行超声分散30min,频率为20kHz，得到导热液(胶体状)。
实施例五：导热液(膏状)的制备一
丙二醇60重量份、导热分散剂45重量份、铝粉300重量份、硅酸钠150重量份、石墨烯110重量份、聚苯胺300重量份、环氧树脂200重量份、聚丙烯酰胺60重量份、季铵盐10重量份，石墨烯平均直径5nm，厚度20nm，含碳量大于98％，铝粉的平均粒径100nm,比表面积为20m2/g,晶型为球形。
将硅酸钠中加入100℃的去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌30min，再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，进行超声波分散30min，频率为22kHz，得到混合溶液，调节混合溶液pH＝8.5；水浴保温至60℃左右，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，进行超声分散30min,频率为22kHz，得到导热液(膏体状)。
实施例六：导热液(膏状)的制备二
丙二醇40重量份、导热分散剂70重量份、铝粉400重量份、铝硅酸盐200重量份、石墨烯150重量份、聚苯胺500重量份、环氧树脂150重量份、聚丙烯酰胺70重量份、季铵盐15重量份，石墨烯平均直径5nm，厚度20nm，含碳量大于98％，铝粉的平均粒径100nm,比表面积为20m2/g,晶型为球形。
将铝硅酸盐中加入100℃的去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌30min，再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，进行超声波分散35min，频率为25kHz，得到混合溶液，调节混合溶液pH＝9；水浴保温至70℃左右，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，进行超声分散35min,频率为25kHz，得到导热液(膏体状)。
实施例七：导热液(膏状)的制备三
丙二醇50重量份、导热分散剂30重量份、铝粉350重量份、硅酸钠200重量份、石墨烯120重量份、聚苯胺300重量份、环氧树脂150重量份、聚丙烯酰胺50重量份、季铵盐15重量份，石墨烯平均直径5nm，厚度10nm，含碳量大于98％，铝粉的平均粒径100nm,比表面积为20m2/g,晶型为球形。
将硅酸钠中加入90℃的去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌30min，再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，进行超声波分散40min，频率为25kHz，得到混合溶液，调节混合溶液pH＝8.5；水浴保温至70℃左右，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，进行超声分散40min,频率为25kHz，得到导热液(膏体状)。
实施例八：导热液(膏状)的制备四
丙二醇50重量份、导热分散剂30重量份、铝粉350重量份、铝硅酸盐200重量份、石墨烯120重量份、聚苯胺300重量份、环氧树脂150重量份、聚丙烯酰胺50重量份、季铵盐15重量份，石墨烯平均直径5nm，厚度10nm，含碳量大于98％。铝粉的平均粒径100nm,比表面积为20m2/g,晶型为球形。
将铝硅酸盐中加入80℃的去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌40min，再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，进行超声波分散60min，频率为30kHz，得到混合溶液，调节混合溶液pH＝8.5；水浴保温至50℃左右，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，进行超声分散60min,频率为30kHz，得到导热液(膏体状)。
实施例九：导热液的应用方法
将铝制工件端面采用500目的砂纸打磨5min后，采用pH＝11的磷酸钠碱性脱脂剂进行擦拭清洗铝制工件端面，然后再用去离子水将铝制工件端面的磷酸钠脱脂剂清洗干净，自然风干后，将铝制工件端面于45℃的磷化基础液中浸泡1h，其中磷化基础液由体积比为1:0.7:1.2的35wt％的磷酸、6wt％的硝酸、75wt％的磷酸二氢钠混合制备得到，浸泡完成后将铝制工件取出，自然风干，然后置于等离子反应器中，以氮气为等离子气体，在电极间距为20mm，功率为100W的条件下等离子处理10s后取出，将导热液涂抹于铝制工件端面后，自然晾干5min后，可进行闪光焊接。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种用于铝制闪光焊接机的导热液，其特征在于，所述导热液包括以下重量份数的原料：丙二醇40-70份、导热分散剂30-70份、铝粉200-400份、无机硅酸盐100-200份、石墨烯100-150份、聚苯胺300-500份、环氧树脂100-200份、聚丙烯酰胺0-70份、季铵盐10-15份。
2.根据权利要求1所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液，其特征在于，所述导热液为膏状、胶状、液体状中任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液，其特征在于，所述导热液为膏状导热液，所述膏状导热液中聚丙烯酰胺的重量份数为50-70份。
4.根据权利要求3所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液，其特征在于，所述石墨烯平均直径5-20nm，厚度5-20nm，含碳量大于98％。
5.根据权利要求4所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液，其特征在于，所述铝粉的平均粒径50-100nm,纯度大于90％，比表面积为5-20m2/g，晶型为球形。
6.根据权利要求5所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液，其特征在于，所述无机硅酸盐为氟硅酸钠、硅酸钠、铝硅酸盐中的一种。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下制备步骤：
在无机硅酸盐中加入70-100℃去离子水，搅拌溶解后，加入经浓硫酸酸化的聚苯胺溶液，快速搅拌10-50min,再加入环氧树脂、季铵盐、丙二醇进行混料，加热至沸腾后，于频率为10-30kHz超声波分散10-60min,得到混合溶液，调节混合溶液pH＝6-9；水浴保温50-70℃，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，搅拌均匀后，于频率为10-30kHz超声分散10-60min,得到导热液。
8.根据权利要求7所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液的制备方法，其特征在于，所述导热液的制备步骤中，制备成为膏状导热液，调节混合溶液pH＝8.5-9。
9.根据权利要求8所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液的制备方法，其特征在于，所述导热液的制备步骤中，制备成为膏状导热液，加入导热分散剂、铝粉、石墨烯、聚丙烯酰胺，搅拌均匀后，于频率为20-30kHz超声分散30-60min。
10.根据权利要求9所述的一种用于铝制闪光焊接机的导热液的应用方法,其特征在于，所述导热液应用于铝制闪光焊接机焊接铝制工件，所述铝制工件涂抹导热液前需要进行预处理，其中铝制工件预处理的包括以下步骤：打磨、碱性脱脂、水洗、磷化、等离子处理，所述等离子处理是将铝制品工件置于等离子反应器中，以氮气为等离子气体，在电极间距为20mm，功率为100W的条件下等离子处理10s后取出。
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Denomination of invention: A heat transfer fluid for aluminum flash welding machine and its preparation method Effective date of registration: 20230215 Granted publication date: 20210713 Pledgee: China Construction Bank Corporation Wuyi Sub-branch Pledgor: ZHEJIANG YANGMING INDUSTRY AND TRADE CO.,LTD. Registration number: Y2023330000387 |
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