铝铜异质焊接用新型复合锌基的制备及性能研究

2017-02-25成龙王洪礼新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院新疆乌鲁木齐830004

化工管理 2017年3期

成龙王洪礼（新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆乌鲁木齐 830004）

成龙王洪礼（新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆乌鲁木齐 830004）

在铝铜直接钎焊时，由于铝铜直接接触且Al和Cu扩散较快，易在接头处形成易熔的脆性CuAl2-Al共晶相，影响接头的综合性能[1]。由于Ni能有效阻止Al原子的扩散，从而避免CuAl2-Al共晶相的生成[2]。本文在锌基钎料薄片上镀Ni，利用差热分析（DTA）、润湿性实验、力学性能试验等手段，分析新型锌基复合钎料的性能，发现与未镀镍锌基钎料相比，其具有良好的润湿性，接头强度有明显提高，由此可见钎焊时Ni能有效阻止Al原子的扩散，达到降低CuAl2-Al相生成的目的。

铝铜钎焊;锌基钎料;性能

铜∕铝复合结构在工业生产中应用广泛，铜与铝异种金属通常采用钎焊方法连接[1,2]。但铜铝直接钎焊时由于铝、铜原子扩散较快，容易在接头中形成易熔的脆性Al-CuAl2共晶相，导致接头强度降低[3,4]。锌基钎料由于熔点低，工艺性好，且具有良好的润湿性、流动性、抗腐蚀性和填充间隙能力。本研究锌基钎料上电镀一层镍制备成新型复合钎料及复合锌基钎料的性能，通过焊接方法实现了铜-铝的连接，通过在钎料表面电镀Ni层阻止了脆性Al-CuAl2共晶相的生成，并测试接头的力学性能。

1 新型锌基钎料的制备

1.1 溶液配方及工艺参数

根据电镀试验的具体特点，本实验电镀液的配方及工艺条件为：

硫酸镍95 g∕L②硼酸25 g∕L

氯化钠12 g∕L④柠檬酸钠120 g∕L

温度：20～30℃ PH值：7.0～7.2

电流密度：1.0～1.5 A∕dm2

经多次试验，确定进行锌基钎料镀镍的溶液温度（T）：25℃；搅拌速度（v）：120rad∕s；电镀电压(U)：2V；电镀电流(I)：1.0～1.5A；通电时间(t)：8min。

1.2 工艺流程

（1）电镀之前，将锌基钎料表面进行打磨，清理，吹干。

（2）配好的镀液搅拌，使溶液底部无硫酸镍颗粒沉淀，用恒温仪对溶液进行加热保温。

（3）阴、阳极放入电镀液。确保两极表面正对并固定，目的是使电流变化幅度小。

（4）开启电源。

（5）通电结束，关闭电源，取出阴极冲洗，干净后，立即在酒精中浸一下，用电吹风吹干，并密闭保存。

2 钎焊实验

2.1 实验材料

实验材料:母材为紫铜T1与纯铝L2；钎料采用HL505型锌基钎料和镀镍的钎料；钎剂为QJ201型铝钎剂。

2.2 炉中钎焊工艺参数

钎焊最佳实验参数如下：

电压：375V；电流：35A；加温速度：10℃∕min钎焊温度：550～575℃；冷却方式：空冷

2.3 炉中钎焊过程

2.3.1 焊前清理过程

用400#、800#、1200#砂纸打磨铜片、锌基钎料和铝母材表面氧化膜。然后用丙酮除去表面油污，清洗干净，最后用酒精清洗吹干。

2.3.2 钎焊过程

（1）设定钎焊温度，加热至预设温度，保温8～10min，确保炉内温度分布均匀。

（2）在母材与钎料间涂上一层钎剂，将母材与钎料固定好放置在钢板上。

（3）炉温升至设定温度时，将工件及钢板放入炉中进行钎焊，从炉温恢复到设定温度565℃时开始计时，保温10 min。

（4）加热保温结束，取出工件及钢板，空冷至室温。

2.3.3 焊后清洗

将空冷后的工件放入60℃～80℃的热水中清洗10min，再用15%的稀硝酸浸泡30min，用冷水清洗，吹干。

3 试验结果及分析

3.1 钎料的润湿性

钎料的润湿性是衡量钎料工艺性的重要指标之一。本试验对钎料的润湿性进行了测定：

钎料的润湿性随着实验温度的升高而增强，说明温度对钎料的铺展面积影响较大；在565℃时，钎料的铺展面积最大，说明在此温度下，钎料的润湿性最好；另新型钎料比普通钎料的铺展面积大即新型钎料的润湿性比普通钎料的润湿性要好，这是由于Ni能阻止母材Al向Zn基钎料中固溶，有利于钎料水平方向的润湿铺展。

3.2 钎料的差热分析

新型薄带钎料的固相线温度为429.5℃，液相线温度为490℃，结晶温度区间为60.5℃；普通钎料的固相线温度为429℃，液相线温度为491℃，结晶温度区间为62℃。因此新型钎料与普通钎料结晶温度相差不大，当Ni约等于1%时钎料的熔化曲线的液相线和固相线影响不大，另外在282℃时出现固熔转变由α+β→α，固熔转变吸收热量从而出现图中的第一个峰值。

3.3 钎焊接头强度

试件制备：试件和接头形式：搭接接头。

图4.1 不同接头的剪切强度

从图4.1看出，随着钎焊温度的升高，钎焊接头的剪切强度也随之升高。这是由于随着温度的升高，钎料的润湿性增强，填隙能力增大，钎料与母材之间的扩散更充分，因此形成的钎焊接头的剪切强度更高。另外，双面镀镍钎料的接头强度要比单面镀镍和没镀镍钎料的接头强度高，证明Ni能有效阻止脆性Al-CuAl2共晶相的生成，细化晶粒，提高接头的剪切强度。