铝基复合钎料的性能研究

宋鸿江 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 830011

1 本文研究的目的及意义

目前市场上的Al-Si钎料在钎焊铝合金时，由于Al-Si钎料熔点较高，钎焊时易出现母材过烧或熔蚀等缺陷。为了降低钎料熔点，在传统铝硅钎料表面电镀一层铜，制备出形如Cu/Al-Si/Cu式低熔点铝基复合钎料，解决目前Al-Si钎料熔点过高的问题[1]。

2 制备镀铜的铝合金钎料

本文采用电镀的方法在传统Al-Si二元合金钎料表面镀敷一层铜，通过调整工艺规范，对镀层铜含量实施精确控制，制得Cu/Al-Si/Cu复合薄带钎料。

3 新型钎料性能分析

3.1 熔化特性

测量新型钎料的（DSC）曲线，和普通Al-Si钎料的（DSC）曲线进行比较。测量结果如图1、2所示。

由图可知，普通Al-Si钎料的固相线温度为575.3℃，液相线温度为591.6℃，结晶温度区间为16℃。制备出的新型钎料型如Cu/Al-Si/Cu，固相线温度为507.1°C，液相线温度为555.1°C，峰值温度为525.3℃，比普通Al-Si钎料固液相温度显著降低，基本符合Al-Si-Cu三元共晶成分。

3.2 新型钎料润湿性能

通过用描图的方法将润湿区域的边缘线描至坐标纸上，计算圈内的坐标的方格数目，从而可以直接得出钎料的润湿铺展面积。通过这种方法做若干组实验，记录铺展面积的数据，取其平均值，可以得出0.2g的新型钎料在母材上的铺展面积随着温度增高而先增大后减小的特征，并且在565°C时铺展面积最大[2]。

钎料铺展区域从中间到外面分别由钎料区、钎料铺展区、润湿环三部分组成。润湿环是液态钎料润湿铺展的前沿，对钎料接触角的减小和润湿性的提高有重要作用。

3.3 钎料的力学性能

将厚度为2mm的防锈铝合金试样，在真空钎焊炉中进行钎焊。对于不同成分的钎料试样，钎焊温度分别为：555-570℃，保温时间10min。将钎焊接头线切割成标准试样，做拉伸试验。

从图3中的几组钎料力学性能实验图上可以看出：在一系列的钎焊中，新型钎料的抗拉强度在钎焊温度565℃时最高，达72Mpa。

4 新型钎料钎焊接头形成过程及元素扩散行为

钎焊温度达到525°C时，Al-Si合金层与外层的Cu之间已经达到或稍高于三元共晶温度时，会导致氧化膜薄弱区破碎，Cu与Al基体之间发生迅速而剧烈的扩散。在达到铝铜共晶反应的温度和浓度时，会形成铝铜二元共晶的液相，形成反应优先进行的通道，即在焊缝上形成明显的优先反应区域。随着温度进一步升高及保温时间的延长，导致铜层上液相通道的形成。之后Al-Si合金层中的Si在浓度梯度的驱动下，经由通道向母材中扩散，使铜两侧的反应区最终连成一体[3-4]。

5 结语

通过对新型钎料和钎焊的各种性能分析，得出以下结论：

通过电镀的方式在传统Al-Si钎料表面电镀一层铜，得到的钎料形为Cu/Al-Si/Cu。得到的新型钎料与传统钎料机械性能保持一致。

与传统Al-Si钎料相比，新型钎料的固液相线温度显著降低。新型钎料的润湿性能良好，润湿铺展面积随着温度的升高先增大后减小，并且在565°C时获得铺展面积的最大值。钎焊接头剪切强度较高，可以达到72Mpa。

对钎焊接头的分析发现，焊接缺陷很少。并且铜和硅在焊接反应区中的扩散充分。在钎焊过程中，铜与母材及钎料中的铝反应生成二元共晶产物，硅在反应区中主要沿着铝铜化合物的晶界扩散。