CN112809241A - 一种铝焊膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及膏体焊接材料技术领域，具体公开了一种铝焊膏及其制备方法。一种铝焊膏，由包含以下质量百分比的原料制成：铝硅合金粉35～45%、氟铝酸铯10～25%、醇类载体10～20%、石墨烯‑金属基复合材料10～25%以及环保型添加剂5～15%。本申请的铝焊膏的散热性能得到了明显提升，有利于避免水冷板上的热量集聚，从而提升水冷板的散热性能，以延长电池组的使用寿命。

Description

一种铝焊膏及其制备方法

技术领域

本申请涉及膏体焊接材料技术领域，更具体地说，它涉及一种铝焊膏及其制备方法。

背景技术

新能源汽车是国家支持发展的项目，近些年其整车技术以及零部件技术发展速度飞快。电池组是新能源汽车的动力部件，在为新能源汽车提供动力时，电池组会发热，和电池组配套使用的水冷板具有良好的散热性能，用于为电池组散热。水冷板通过钎焊材料焊接成整体，因此，钎焊材料同样需要具有良好的散热性能。

关联技术为公告号CN102764938A的中国发明专利公开了一种铝钎焊膏，焊膏的组成物及重量百分比为：铝基合金钎料粉末50～65％、氟铝酸盐钎剂10～25％、增粘剂3～10％、增稠剂2～10％、有机溶剂10～30％、稳定剂0.05～0.50％；增粘剂是氢化松香甘油酯、高聚物EVA、C5加氢石油树脂、乙丙共聚物中一种或多种组合；增稠剂是鲸蜡硬脂醇、甲氧基聚乙二醇、聚乙烯正丁基醚、聚甲基丙烯酸中一种或多种组合。

针对上述中的相关技术，发明人认为上述焊膏的成分中只有铝基合金钎料粉末具有一定的散热性能，导致焊膏的散热性能不足；另一方面增粘剂与增稠剂的成分会影响焊膏的散热性能。

发明内容

为了提高焊膏的散热性能，本申请提供一种铝焊膏及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种铝焊膏，采用如下的技术方案：

一种铝焊膏，由包含以下质量百分比的原料制成：铝硅合金粉35～45％、氟铝酸铯10～25％、醇类载体10～20％、石墨烯-金属基复合材料10～25％以及环保型添加剂5～15％。

通过采用上述技术方案，由于采用石墨烯-金属基复合材料，石墨烯具有优异的导热性与散热性，其与金属基复合，可在原有金属基的性能基础上增强其散热性能。焊膏中的石墨烯-金属基复合材料与铝硅合金粉复合使用，用于为焊膏的散热性增效。电池组在供能过程中产生的热量被石墨烯吸收后，再通过金属基与石墨烯共同散失，因此，获得增强焊膏散热性能的效果。

本申请选用铝硅合金粉作为钎料，相较于对比文件中的铜金属而言，铝具有更加优异的散热性能，有利于进一步增强焊膏的散热性能。

优选的，所述石墨烯-金属基复合材料的制备方法为：1)固体石墨烯活化处理：①将固体石墨烯超声分散于去离子水中，制得石墨烯悬浮液；②将脂肪醇聚氧乙烯醚溶解于去离子水中，制得活化液；③将活化液倒入石墨烯悬浮液中混合均匀后进行离心，取离心后的沉淀物分散在去离子水中制得活化石墨烯水溶液；2)石墨烯-金属基复合材料制备：①常温下将铜粉分散于十二烷基硫酸钠水溶液中，搅拌均匀后洗涤并干燥；②将处理后的铜粉与活化石墨烯水溶液共混搅拌均匀，离心取沉淀物并干燥，制得复合粉末；③将复合粉末置于氩气环境中，高温烧结制得石墨烯-铜复合粉末。

通过采用上述技术方案，使用脂肪醇聚氧乙烯醚对石墨烯进行活化，从而提高其与铜金属的复合度，以提高铜金属在石墨烯鳞片间的嵌合度，从而确保复合材料的理化性能；十二烷基硫酸钠用于提高铜粉的分散均匀性。

优选的，所述铝硅合金粉按质量百分比包括6％～12％的硅、3％～6％的镍、1％～4％的镁，余量为铝。

通过采用上述技术方案，镍、镁金属的掺加有利于提高铝硅合金粉的强度性能，且镍、镁金属均具有良好的导热性与散热性，以确保铝硅合金粉的散热性。

优选的，对所述氟铝酸铯进行前处理，所述前处理方法为：1)将全芳香聚酰亚胺加热至熔融状态；2)向熔融全芳香聚酰亚胺中加入纳米二氧化钛分散液与马来酸酐接枝共聚物混合均匀，制得共混乳液；3)对共混乳液进行分散处理，制得分散液，将分散液均匀喷洒在氟铝酸铯表面，再对氟铝酸铯进行干燥处理，完成前处理。

通过采用上述技术方案，全芳香聚酰亚胺的熔点在氟铝酸铯之上，在铝硅合金粉之下，铝硅合金粉作为钎料，其熔点需要高于氟铝酸铯纤剂的熔点，当氟铝酸铯融化后覆盖在铝硅合金粉上。使用全芳香聚酰亚胺对氟铝酸铯进行前处理，有利于提高氟铝酸铯的熔点，从而避免氟铝酸铯过早融化挥发而影响焊膏的性能。

优选的，所述醇类载体为1，3-丙二醇、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或两种以上的混合物。

通过采用上述技术方案，1，3-丙二醇、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚对原料具有良好的溶解性，且价廉易得，成本较低，因此选用上述之一作为本申请的醇类载体使用。

优选的，所述环保型添加剂包括羟丙基纤维素。

通过采用上述技术方案，羟丙基纤维素具有良好的增稠性、分散性、稳定性与一定的触变性，相较于树脂而言对焊膏散热性的影响较小。

优选的，所述环保型添加剂还包括炔二醇。

通过采用上述技术方案，炔二醇具有活化与触变性能，其分子量较小，可快速分散至整个反应体系中，且不易被打散破坏，因此具有良好的稳定性。炔二醇环保无毒，且对焊膏的散热性不产生影响。

第二方面，本申请提供一种铝焊膏的制备方法，采用如下的技术方案：

一种铝焊膏的制备方法，具体包括以下制备步骤：

将铝硅合金粉与氟铝酸铯混合均匀，制得混合料1；

向混合料1中加入石墨烯-金属基复合材料，制得混合料2；

将环保型添加剂与醇类载体混合均匀，制得混合液；

将混合液倒入混合料2中，搅拌均匀，制得铝焊膏成品。

通过采用上述技术方案，先将铝硅合金粉与氟铝酸铯混合均匀，再加入石墨烯-金属基复合材料，有时间间隔的加入有利于提高三者混合的均匀度。将环保型添加剂与醇类载体先混合均匀，制得活性组分后，再将活性混合液与混合料2混合，从而为其改性增效。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用石墨烯-金属基复合材料，由于石墨烯具有优异的导热性与散热性，其与金属基复合，可在原有金属基的性能基础上增强其散热性能。焊膏中的石墨烯-金属基复合材料与铝硅合金粉复合使用，用于为焊膏的散热性增效。电池组在供能过程中产生的热量被石墨烯吸收后，再通过金属基与石墨烯共同散失，获得了增强焊膏散热性能的效果。

2、本申请中优选采用全芳香聚酰亚胺对氟铝酸铯进行前处理，由于提高了氟铝酸铯的熔点，从而避免氟铝酸铯过早融化挥发而影响焊膏的性能。

3、本申请石墨烯-金属基的制备方法，通过使用脂肪醇聚氧乙烯醚对石墨烯进行活化，从而提高其与铜金属的复合度，以提高铜金属在石墨烯鳞片间的嵌合度，从而确保复合材料的理化性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请中的原料均购自市场，其中，石墨烯-金属基复合材料为自产，其制备方法如制备例所示。

原料的制备例

制备例1

石墨烯-铜复合材料的制备方法为：1)固体石墨烯活化处理：①将固体石墨烯超声分散于去离子水中，制得石墨烯悬浮液；②将脂肪醇聚氧乙烯醚溶解于去离子水中，制得活化液；③将占石墨烯悬浮液总重5％的活化液倒入石墨烯悬浮液中，两者混合均匀后进行离心处理，取离心后的沉淀物分散在去离子水中制得活化石墨烯水溶液；2)石墨烯-金属基复合材料制备：①常温下将铜粉分散于质量分数为0.5％的十二烷基硫酸钠水溶液中，搅拌1h后洗涤并干燥；②将处理后的铜粉与活化石墨烯水溶液按质量比为1:2共混搅拌均匀，离心取沉淀物并干燥，制得复合粉末；③将复合粉末置于氩气环境中，在600℃与25MPa的环境下烧结1h，制得石墨烯-铜复合粉末。

制备例2

石墨烯-铜复合材料的制备方法为：1)固体石墨烯活化处理：①将固体石墨烯超声分散于去离子水中，制得石墨烯悬浮液；2)石墨烯-金属基复合材料制备：①常温下将铜粉分散于质量分数为0.5％的十二烷基硫酸钠水溶液中，搅拌1h后洗涤并干燥；②将处理后的铜粉与石墨烯悬浮液按质量比为1:2共混搅拌均匀，离心取沉淀物并干燥，制得复合粉末；③将复合粉末置于氩气环境中，在600℃与25MPa的环境下烧结1h，制得石墨烯-铜复合粉末。

实施例

实施例1

一种铝焊膏，由包含以下质量百分比的原料制成：

铝硅合金粉35％、氟铝酸铯25％、1，3-丙二醇10％、石墨烯-铜复合材料25％以及质量比为1:2的羟丙基纤维素与炔二醇5％；

铝硅合金粉按质量百分比包括6％的硅、3％的镍、1％的镁，余量为铝；

石墨烯-铜复合材料采用制备例1中的方法制得；

铝焊膏的制备方法，具体包括以下制备步骤：

将铝硅合金粉与氟铝酸铯混合均匀，混合温度为55℃，制得混合料1；

向混合料1中加入石墨烯-铜复合材料，搅拌均匀后，制得混合料2；

在60℃下，将质量比为1:2的羟丙基纤维素与炔二醇以及1，3-丙二醇混合均匀，制得混合液；

将混合液倒入混合料2中，搅拌均匀，制得铝焊膏成品。

实施例2

一种铝焊膏，由包含以下质量百分比的原料制成：

铝硅合金粉40％、氟铝酸铯15％、丙二醇丁醚20％、石墨烯-铜复合材料10％以及质量比为1:2的羟丙基纤维素与炔二醇15％；

铝硅合金粉按质量百分比包括6％的硅、3％的镍、1％的镁，余量为铝；

石墨烯-铜复合材料采用制备例1中的方法制得；

铝焊膏的制备方法，具体包括以下制备步骤：

将铝硅合金粉与氟铝酸铯混合均匀，混合温度为55℃，制得混合料1；

向混合料1中加入石墨烯-铜复合材料，搅拌均匀后，制得混合料2；

在60℃下，将质量比为1:2的羟丙基纤维素与炔二醇以及丙二醇丁醚混合均匀，制得混合液；

将混合液倒入混合料2中，搅拌均匀，制得铝焊膏成品。

实施例3

一种铝焊膏，由包含以下质量百分比的原料制成：

铝硅合金粉45％、氟铝酸铯15％、丙二醇甲醚15％、石墨烯-铜复合材料15％以及质量比为1:2的羟丙基纤维素与炔二醇10％；

铝硅合金粉按质量百分比包括6％的硅、3％的镍、1％的镁，余量为铝；

石墨烯-铜复合材料采用制备例1中的方法制得；

铝焊膏的制备方法，具体包括以下制备步骤：

将铝硅合金粉与氟铝酸铯混合均匀，混合温度为55℃，制得混合料1；

向混合料1中加入石墨烯-铜复合材料，搅拌均匀后，制得混合料2；

在60℃下，将质量比为1:2的羟丙基纤维素与炔二醇以及丙二醇甲醚混合均匀，制得混合液；

将混合液倒入混合料2中，搅拌均匀，制得铝焊膏成品。

实施例4，本实施例与实施例3的区别之处在于：

石墨烯-铜复合材料采用制备例2中的方法制得。

实施例5，本实施例与实施例3的区别之处在于：

铝硅合金粉按质量百分比包括9％的硅、4.5％的镍、2.5％的镁，余量为铝。

实施例6，本实施例与实施例3的区别之处在于：

铝硅合金粉按质量百分比包括12％的硅、6％的镍、4％的镁，余量为铝。

实施例7，本实施例与实施例3的区别之处在于：

氟铝酸铯投入使用前先进行前处理，前处理方法为：1)将全芳香聚酰亚胺加热至熔融状态；2)向熔融全芳香聚酰亚胺中加入纳米二氧化钛分散液与马来酸酐接枝共聚物混合均匀，全芳香聚酰亚胺、纳米二氧化钛分散液与马来酸酐接枝共聚物的质量比为3:1:0.2，制得共混乳液；3)对共混乳液进行超声分散处理，制得分散液，按氟铝酸铯：分散液＝1:4的质量比将分散液均匀喷洒在氟铝酸铯表面，再对氟铝酸铯进行干燥处理，完成前处理。

对比实施例

对比实施例1，本对比实施例与实施例3的区别之处在于：

铝硅合金粉按质量百分比包括9％的硅、2.5％的镁，余量为铝。

对比实施例2，本对比实施例与实施例3的区别之处在于：

铝硅合金粉按质量百分比包括9％的硅、4.5％的镍，余量为铝。

对比实施例3，本对比实施例与实施例7的区别之处在于：

前处理方法为：1)将全芳香聚酰亚胺加热至熔融状态；2)向熔融全芳香聚酰亚胺中加入马来酸酐接枝共聚物混合均匀，全芳香聚酰亚胺与马来酸酐接枝共聚物的质量比为3:0.2，制得共混乳液；3)对共混乳液进行超声分散处理，制得分散液，按氟铝酸铯：分散液＝1:4的质量比将分散液均匀喷洒在氟铝酸铯表面，再对氟铝酸铯进行干燥处理，完成前处理。

对比例

对比例1，本对比例与实施例3的区别之处在于：

铝焊膏原料中不包括石墨烯-铜复合材料。

对比例2，本对比例与实施例3的区别之处在于：

将铝焊膏原料中的石墨烯-铜复合材料替换为石墨烯。

性能检测试验

对由实施例1～7、对比实施例1～3以及对比例1～2制备的铝焊膏进行取样，并对样品进行以下性能检测试验。

试验方法

1、散热系数检测

使用传热系数检测仪在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1K时，检测试样1小时内通过1平方米面积传递的热量，试样的散热系数越大，说明试样的散热性能越好，将检测结果记录在表1中。

2、热辐射率检测

采用辐射热源法对试样的热辐射进行检测，试样的热辐射率数值越大，说明试样的散热性能越好，将检测结果记录在表1中。

表1

结合实施例1～3和对比例1～2并结合表1可以看出，向铝焊膏体系中加入石墨烯材料，铝焊膏的散热性能具有一定程度地提升；向铝焊膏体系中加入石墨烯-铜复合材料，铝焊膏的散热性能具有显著提升，说明石墨烯-铜复合材料的复合使用具有协同增效的效果。

结合实施例3和实施例4并结合表1可以看出，不对石墨烯悬浮液进行活化处理，铝焊膏的散热性能下降，说明活化处理有利于石墨烯与铜金属的结合，有利于两者的协同增效。

结合实施例3、5、6和对比实施例1、2并结合表1可以看出，硅铝合金粉中各组分之间的比例控制在合适的范围内，制备出的铝焊膏会具有良好的散热性能。硅铝合金粉中镍金属与镁金属的添加都在一定程度上提升了铝焊膏的散热性。

结合实施例3、7和对比实施例3并结合表1可以看出，对氟铝酸铯进行前处理后加入体系，制备出的铝焊膏的散热性有所提升，这是因为氟铝酸铯与硅铝合金粉的熔点差减小，从而提升了铝焊膏的钎焊性，从而提升了铝焊膏的散热性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种铝焊膏，其特征在于：由包含以下质量百分比的原料制成：铝硅合金粉35～45%、氟铝酸铯10～20%、醇类载体10～25%、石墨烯-金属基复合材料10～25%以及环保型添加剂5～15%。

2.根据权利要求1所述的一种铝焊膏，其特征在于：所述石墨烯-金属基复合材料的制备方法为：1）固体石墨烯活化处理：①将固体石墨烯超声分散于去离子水中，制得石墨烯悬浮液；②将脂肪醇聚氧乙烯醚溶解于去离子水中，制得活化液；③将活化液倒入石墨烯悬浮液中混合均匀后进行离心，取离心后的沉淀物分散在去离子水中制得活化石墨烯水溶液；2）石墨烯-金属基复合材料制备：①常温下将铜粉分散于十二烷基硫酸钠水溶液中，搅拌均匀后洗涤并干燥；②将处理后的铜粉与活化石墨烯水溶液共混搅拌均匀，过滤并干燥，制得复合粉末；③将复合粉末置于氩气环境中，高温烧结制得石墨烯-铜复合粉末。

3.根据权利要求1所述的一种铝焊膏，其特征在于：所述铝硅合金粉按质量百分比包括6%～12%的硅、3%～6%的镍、1%～4%的镁，余量为铝。

4.根据权利要求1所述的一种铝焊膏，其特征在于：对所述氟铝酸铯进行前处理，所述前处理方法为：1）将全芳香聚酰亚胺加热至熔融状态；2）向熔融全芳香聚酰亚胺中加入纳米二氧化钛分散液与马来酸酐接枝共聚物混合均匀，制得共混乳液；3）对共混乳液进行分散处理，制得分散液，将分散液均匀喷洒在氟铝酸铯表面，再对氟铝酸铯进行干燥处理，完成前处理。

5.根据权利要求1所述的一种铝焊膏，其特征在于：所述醇类载体为1，3-丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种铝焊膏，其特征在于：所述环保型添加剂包括羟丙基纤维素。

7.根据权利要求1所述的一种铝焊膏，其特征在于：所述环保型添加剂还包括炔二醇。

8.权利要求1～7任一项所述的一种铝焊膏的制备方法，其特征在于：具体包括以下制备步骤：

将铝硅合金粉与氟铝酸铯混合均匀，制得混合料1；

向混合料1中加入石墨烯-金属基复合材料，制得混合料2；

将环保型添加剂与醇类载体混合均匀，制得混合液；

将混合液倒入混合料2中，搅拌均匀，制得铝焊膏成品。