CN114833492A - 用于铜铝焊接的焊接物料及铜铝焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铜铝焊接的焊接物料及铜铝焊接方法，属于焊接领域。该焊接物料包括：焊药和焊料；焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵5％‑45％、氯化亚锡13％‑35％、氟化钠0.7％‑10％、以及余量的氯化锌；焊料包括以下质量百分比的组分：锌2.5％‑15％、锡15％‑55％、镉1.5％‑25％、以及余量的铝。通过采用上述焊药和焊料配合使用，在进行铜铝焊件进行焊接时，能够减小铜铝焊接时的成分和组织的不连续，消除异质界面，避免焊接热裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术，特别涉及用于铜铝焊接的焊接物料及铜铝焊接方法。
背景技术
热熔焊接(放热熔焊)是利用放热熔剂化学反应作为热源，产生高温并通过熔模而达到焊接效果的焊接方式，其无需外界能源，是金属导体焊接的最佳方法。铜铝之间往往无法直接焊接，因为铜和铝的熔点相差约400℃，直接焊接会破坏铝的晶相，导致铝的脆性增加、延展性降低。一般的处理方式是在铜铝之间加入第三种焊接金属或合金，铜过第三种金属或合金将铜铝焊接在一起。
相关技术提供了一种用于铜铝异种金属焊接用银镍镁过渡金属材料。该焊料的熔点介于铝、铜之间，焊接时需将铝、铜分别与过渡金属两端进行熔化焊接，最终形成的接头留有过渡金属。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
相关技术虽然能完成铜铝焊接，但熔焊易产生裂纹，接头处存在的过渡金属异质界面导致接头脆性大，抗弯强度降低。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种用于铜铝焊接的焊接物料及铜铝焊接方法，能够解决上述技术问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种用于铜铝焊接的焊接物料，所述焊接物料包括：焊药和焊料；
所述焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵5％-45％、氯化亚锡13％-35％、氟化钠0.7％-10％、以及余量的氯化锌；
所述焊料包括以下质量百分比的组分：锌2.5％-15％、锡15％-55％、镉1.5％-25％、以及余量的铝。
另一方面，本发明实施例还提供了一种铜铝焊接方法，所述铜铝焊接方法采用上述涉及的用于铜铝焊接的焊接物料。
在一些可能的实现方式中，所述铜铝焊接方法包括：制备焊药；
制备焊料；
利用所述焊药和所述焊料，对铜铝焊件进行焊接。
在一些可能的实现方式中，所述制备焊药包括：按照溴化铵为5％-45％，氯化亚锡为13％-35％，氟化钠为0.7％-10％，氯化锌为余量，将所述溴化铵、氯化亚锡、氟化钠和氯化锌搅拌均匀，得到所述焊药。
在一些可能的实现方式中，所述制备焊料包括：按照锌为2.5％-15％，锡为15％-55％，镉为1.5％-25％，铝为余量，将所述锌、锡、镉和铝混合，得到混合物料；
将所述混合物料融化，得到熔融液；
对所述熔融液进行冷却处理，并制备成带状焊料。
在一些可能的实现方式中，所述将所述混合物料融化，得到熔融液，对所述熔融液进行冷却处理，并制备成带状焊料，包括：
将所述混合物料装入石英坩埚内，在真空炉内进行感应加热重熔，在设定温度下利用氩气将熔融液喷铸在高速旋转紫铜辊上，通过急冷处理，得到所述带状焊料。
在一些可能的实现方式中，所述带状焊料的厚度为0.02mm-0.10mm。
在一些可能的实现方式中，所述利用所述焊药和所述焊料，对铜铝焊件进行焊接，包括：
将所述焊药与溶剂混合，制备得到糊状焊药；
将所述糊状焊药涂抹于所述铜铝焊件的焊接区域；
利用所述带状焊料，在所述铜铝焊件的焊接区域处进行焊接，完成对所述铜铝焊件的焊接。
在一些可能的实现方式中，在进行所述焊接时，焊接温度为400℃-700℃。
在一些可能的实现方式中，在进行所述焊接时，焊接处理的时间为1秒-10秒。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的用于铜铝焊接的焊接物料，通过采用上述焊药和焊料配合使用，在进行铜铝焊件进行焊接时，能够减小铜铝焊接时的成分和组织的不连续，消除异质界面，避免焊接热裂纹。并且，上述焊药和焊料配合，还能够破除氧化膜元素Mg、Li、Sb或Bi，使得焊接无需真空。
另外，与相关技术比较，本发明实施例提供的焊接物料，能够完成铝与铜异种金属焊接，接头区成分与组织连续均匀，无异质界面，接头抗弯强度达到母材水平，弯曲180°不断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一示例性铜铝焊接方法的过程流程图；
图2为本发明实施例提供的一示例性对铜铝焊件进行焊接时的具体作业流程图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
热熔焊接(放热熔焊)是利用放热熔剂化学反应作为热源，产生高温并通过熔模而达到焊接效果的焊接方式，其无需外界能源，是金属导体焊接的最佳方法。铜铝之间往往无法直接焊接，因为铜和铝的熔点相差约400℃，直接焊接会破坏铝的晶相，导致铝的脆性增加、延展性降低。一般的处理方式是在铜铝之间加入第三种焊接金属或合金，铜过第三种金属或合金将铜铝焊接在一起。
相关技术提供了一种用于铜铝异种金属焊接用银镍镁过渡金属材料。该焊料的熔点介于铝、铜之间，焊接时需将铝、铜分别与过渡金属两端进行熔化焊接，最终形成的接头留有过渡金属。
然而，相关技术虽然能完成铜铝焊接，但熔焊易产生裂纹，接头处存在的过渡金属异质界面导致接头脆性大，抗弯强度降低。
一方面，本发明实施例提供了一种用于铜铝焊接的焊接物料，该焊接物料包括：焊药和焊料；
其中，焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵5％-45％、氯化亚锡13％-35％、氟化钠0.7％-10％、以及余量的氯化锌。
焊料包括以下质量百分比的组分：锌2.5％-15％、锡15％-55％、镉1.5％-25％、以及余量的铝。
对于焊药中的各组分的质量百分比，以下分别进行示例性说明：
溴化铵的质量百分比包括但不限于：5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％等。
氯化亚锡的质量百分比包括但不限于：13％、15％、18％、20％、23％、25％、30％、32％、35％等。
氟化钠的质量百分比包括但不限于：1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。
氯化锌的质量百分比，使得氯化锌、溴化铵、氯化亚锡和氟化钠的总的质量百分比达到100％。
对于焊料中的各组分的质量百分比，以下分别进行示例性说明：
锌的质量百分比包括但不限于：2.5％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％等。
锡的质量百分比包括但不限于：15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％等。
镉的质量百分比包括但不限于：2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、18％、20％、21％、22％、23％、24％、25％等。
铝的质量百分比，使得锌、锡和镉的总的质量百分比达到100％。
本发明实施例提供的用于铜铝焊接的焊接物料，通过采用上述焊药和焊料配合使用，在进行铜铝焊件进行焊接时，能够减小铜铝焊接时的成分和组织的不连续，消除异质界面，避免焊接热裂纹。并且，上述焊药和焊料配合，还能够破除氧化膜元素Mg、Li、Sb或Bi，使得焊接无需真空。
与相关技术比较，本发明实施例提供的焊接物料，能够完成铝与铜异种金属焊接，接头区成分与组织连续均匀，无异质界面，接头抗弯强度达到母材水平，弯曲180°不断。
另一方面，本发明实施例还提供了一种铜铝焊接方法，该铜铝焊接方法采用上述的任一种用于铜铝焊接的焊接物料。
基于使用了本发明实施例提供的用于铜铝焊接的焊接物料，本发明实施提供的铜铝焊接方法能够完成铝与铜异种金属焊接，接头区成分与组织连续均匀，无异质界面。
在一些可能的实现方式中，如附图1所示，本发明实施例提供的铜铝焊接方法包括以下步骤：
步骤1：制备焊药，其中，焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵5％-45％、氯化亚锡13％-35％、氟化钠0.7％-10％、以及余量的氯化锌。
步骤2：制备焊料，其中，焊料包括以下质量百分比的组分：锌2.5％-15％、锡15％-55％、镉1.5％-25％、以及余量的铝。
步骤3：利用焊药和焊料，对铜铝焊件进行焊接。
其中，对于步骤1，制备焊药包括：按照溴化铵为5％-45％，氯化亚锡为13％-35％，氟化钠为0.7％-10％，氯化锌为余量，将溴化铵、氯化亚锡、氟化钠和氯化锌搅拌均匀，得到焊药。
对于步骤2，制备焊料包括：按照锌为2.5％-15％，锡为15％-55％，镉为1.5％-25％，铝为余量，将锌、锡、镉和铝混合，得到混合物料。
将混合物料融化，得到熔融液。
对熔融液进行冷却处理，并制备成带状焊料。
通过将焊料熔融并冷却后制备成带状焊料，利于焊接操作的便利性，提高焊接效率和焊接便利度。
进一步地，上述将混合物料融化，得到熔融液，对熔融液进行冷却处理，并制备成带状焊料，包括：
将混合物料装入石英坩埚内，在真空炉内进行感应加热重熔，在设定温度下利用氩气将熔融液喷铸在高速旋转紫铜辊上，通过急冷处理，得到带状焊料。
其中，上述设定温度为700℃-800℃，并且，氩气的压力为0.5Pa-0.6Pa，以便于混合物料被充分熔融。
本发明实施例中，可以使带状焊料的厚度为0.02mm-0.10mm，例如0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm等。
在一些可能的实现方式中，本发明实施例中，如附图2所示，对于步骤3，利用焊药和焊料，对铜铝焊件进行焊接，包括：
步骤301、将焊药与溶剂混合，制备得到糊状焊药。其中，该溶剂可以为酒精。
步骤302、将糊状焊药涂抹于铜铝焊件的焊接区域。
步骤303、利用带状焊料，在铜铝焊件的焊接区域处进行焊接，完成对铜铝焊件的焊接。
在进行焊接时，焊接温度为400℃-700℃，例如400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃等。
焊接处理的时间为1秒-10秒，例如2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、8秒、9秒、10秒等。焊接处理时间过长，导致加温面融化变形、晶格发生变化，损坏加工部件，所以，将焊接处理时间限定为1-10秒，以避免出现上述技术问题。
本发明实施例提供的铜铝焊接方法，使得铜铝焊接成为可能，特别适用于具有铜铝部件的电子器件的制备或者维修，该铜铝焊接方法方便快捷，便于操作，不仅利于提高作业效率，还利于降低作业成本。
进一步地，本发明实施例在进行上述铜铝焊接时，可以利用加热装置同时对接触的铜和铝分别施加不同的温度，并且，对铜施加的温度大于对铝施加的温度，加热时间大于0.5秒，即可完成铜铝焊接。
利用温度差焊接异种金属，特别是焊接铜铝或焊接铜铝合金，一般的解决方法是采用第三种金属做中间过渡层，并使用焊接料焊接，其工艺复杂，增加了成本。本发明实施例进一步采用调整温度差焊接，不仅利于获得更佳的焊接效果，且易于实施，更节省成本。
上述铜铝焊接的方法中，作为优选，对铜施加的温度大于对铝施加的温度。举例来说，对铜施加的温度为600℃-700℃，铜或铜合金的熔点为600℃-700℃左右，如果焊接温度过高，会导致晶粒粗大、延伸率急剧下降，严重影响材料的使用性能。
对铝施加的温度为400℃-500℃，铝或铝合金的熔点在400℃-500℃左右，如果焊接温度过高，会导致晶粒粗大、延伸率急剧下降，严重影响材料的使用性能。
对于本发明实施例所涉及的铜铝焊件，其中涉及的铜为纯铜或含铜量大于80wt％的铜合金。铜合金包括：铝铜合金、锡铜合金、镍铜合金、钨铜合金、锌铜合金等。
对于本发明实施例所涉及的铜铝焊件，其中涉及的铝为纯铝或含铝量大于80wt％的铝合金。铝合金包括：铝锰合金、铝铜合金、铝铜镁合金、铝锌镁铜合金等。
可见，利于本发明实施例提供的焊接物料以及铜铝焊接方法，至少能够带来以下优点：
不采用第三种金属做过渡层，而是能够直接对铜铝进行加热焊接。
对于复杂形状的部件能方便地焊接，并且连接均匀，焊接后延伸率高。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明：
实施例1
本实施例1提供了一种用于铜铝焊接的焊接物料，该焊接物料包括：焊药和焊料。
其中，焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵5％、氯化亚锡20％、氟化钠5％、以及余量的氯化锌。
焊料包括以下质量百分比的组分：锌10％、锡30％、镉20％、以及余量的铝。
本实施例1还基于该焊接物料对铜铝焊件进行焊接处理，包括以下步骤：
步骤11：按照焊药中各组分的比例，将溴化铵、氯化亚锡、氟化钠和氯化锌搅拌均匀，得到焊药。
步骤12：按照焊料中各组分的比例，将锌、锡、镉和铝混合，得到混合物料。将混合物料装入石英坩埚内，在真空炉内进行感应加热重熔，在700℃下利用0.5Pa压力的氩气将熔融液喷铸在高速旋转紫铜辊上，通过急冷处理，得到带状焊料。
步骤13：将酒精与焊药混合，以利用酒精将焊药制备得到糊状焊药，将糊状焊药涂抹于铜铝焊件的焊接区域。利用带状焊料，在铜铝焊件的焊接区域处进行焊接，完成对铜铝焊件的焊接。在进行焊接时，焊接温度为550℃，并且焊接时间为5秒。
经检查，完成焊接后，铜铝焊件的接头区成分与组织连续均匀，无异质界面。采用本领域通用测试标准测试该铜铝焊件的接头区的抗拉强度和延伸率δ，分别为130MPa和32，表现出优异的强度性质。
实施例2
本实施例2提供了一种用于铜铝焊接的焊接物料，该焊接物料包括：焊药和焊料。
其中，焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵10％、氯化亚锡15％、氟化钠6％、以及余量的氯化锌。
焊料包括以下质量百分比的组分：锌12％、锡35％、镉15％、以及余量的铝。
本实施例2还基于该焊接物料对铜铝焊件进行焊接处理，包括以下步骤：
步骤21：按照焊药中各组分的比例，将溴化铵、氯化亚锡、氟化钠和氯化锌搅拌均匀，得到焊药。
步骤22：按照焊料中各组分的比例，将锌、锡、镉和铝混合，得到混合物料。将混合物料装入石英坩埚内，在真空炉内进行感应加热重熔，在720℃下利用0.5Pa压力的氩气将熔融液喷铸在高速旋转紫铜辊上，通过急冷处理，得到带状焊料。
步骤23：将酒精与焊药混合，以利用酒精将焊药制备得到糊状焊药，将糊状焊药涂抹于铜铝焊件的焊接区域。利用带状焊料，在铜铝焊件的焊接区域处进行焊接，完成对铜铝焊件的焊接。在进行焊接时，焊接温度为600℃，并且焊接时间为5秒。
经检查，完成焊接后，铜铝焊件的接头区成分与组织连续均匀，无异质界面。采用本领域通用测试标准测试该铜铝焊件的接头区的抗拉强度和延伸率δ，分别为133MPa和33，表现出优异的强度性质。
实施例3
本实施例3提供了一种用于铜铝焊接的焊接物料，该焊接物料包括：焊药和焊料。
其中，焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵15％、氯化亚锡35％、氟化钠10％、以及余量的氯化锌。
焊料包括以下质量百分比的组分：锌2.5％、锡55％、镉10％、以及余量的铝。
本实施例3还基于该焊接物料对铜铝焊件进行焊接处理，包括以下步骤：
步骤31：按照焊药中各组分的比例，将溴化铵、氯化亚锡、氟化钠和氯化锌搅拌均匀，得到焊药。
步骤32：按照焊料中各组分的比例，将锌、锡、镉和铝混合，得到混合物料。将混合物料装入石英坩埚内，在真空炉内进行感应加热重熔，在700℃下利用0.5Pa压力的氩气将熔融液喷铸在高速旋转紫铜辊上，通过急冷处理，得到带状焊料。
步骤33：将酒精与焊药混合，以利用酒精将焊药制备得到糊状焊药，将糊状焊药涂抹于铜铝焊件的焊接区域。利用带状焊料，在铜铝焊件的焊接区域处进行焊接，完成对铜铝焊件的焊接。在进行焊接时，焊接温度为550℃，并且焊接时间为5秒。
经检查，完成焊接后，铜铝焊件的接头区成分与组织连续均匀，无异质界面。采用本领域通用测试标准测试该铜铝焊件的接头区的抗拉强度和延伸率δ，分别为135MPa和33，表现出优异的强度性质。
实施例4
本实施例4提供了一种用于铜铝焊接的焊接物料，该焊接物料包括：焊药和焊料。
其中，焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵45％、氯化亚锡25％、氟化钠2％、以及余量的氯化锌。
焊料包括以下质量百分比的组分：锌5％、锡15％、镉5％、以及余量的铝。
本实施例4还基于该焊接物料对铜铝焊件进行焊接处理，包括以下步骤：
步骤41：按照焊药中各组分的比例，将溴化铵、氯化亚锡、氟化钠和氯化锌搅拌均匀，得到焊药。
步骤42：按照焊料中各组分的比例，将锌、锡、镉和铝混合，得到混合物料。将混合物料装入石英坩埚内，在真空炉内进行感应加热重熔，在700℃下利用0.5Pa压力的氩气将熔融液喷铸在高速旋转紫铜辊上，通过急冷处理，得到带状焊料。
步骤43：将酒精与焊药混合，以利用酒精将焊药制备得到糊状焊药，将糊状焊药涂抹于铜铝焊件的焊接区域。利用带状焊料，在铜铝焊件的焊接区域处进行焊接，完成对铜铝焊件的焊接。在进行焊接时，焊接温度为550℃，并且焊接时间为5秒。
经检查，完成焊接后，铜铝焊件的接头区成分与组织连续均匀，无异质界面。采用本领域通用测试标准测试该铜铝焊件的接头区的抗拉强度和延伸率δ，分别为129MPa和31，表现出优异的强度性质。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于铜铝焊接的焊接物料，其特征在于，所述焊接物料包括：焊药和焊料；
所述焊药包括以下质量百分比的组分：溴化铵5％-45％、氯化亚锡13％-35％、氟化钠0.7％-10％、以及余量的氯化锌；
所述焊料包括以下质量百分比的组分：锌2.5％-15％、锡15％-55％、镉1.5％-25％、以及余量的铝。
2.一种铜铝焊接方法，其特征在于，所述铜铝焊接方法采用权利要求1所述的用于铜铝焊接的焊接物料。
3.根据权利要求2所述的铜铝焊接方法，其特征在于，所述铜铝焊接方法包括：制备焊药；
制备焊料；
利用所述焊药和所述焊料，对铜铝焊件进行焊接。
4.根据权利要求3所述的铜铝焊接方法，其特征在于，所述制备焊药包括：按照溴化铵为5％-45％，氯化亚锡为13％-35％，氟化钠为0.7％-10％，氯化锌为余量，将所述溴化铵、氯化亚锡、氟化钠和氯化锌搅拌均匀，得到所述焊药。
5.根据权利要求3所述的铜铝焊接方法，其特征在于，所述制备焊料包括：按照锌为2.5％-15％，锡为15％-55％，镉为1.5％-25％，铝为余量，将所述锌、锡、镉和铝混合，得到混合物料；
将所述混合物料融化，得到熔融液；
对所述熔融液进行冷却处理，并制备成带状焊料。
6.根据权利要求5所述的铜铝焊接方法，其特征在于，所述将所述混合物料融化，得到熔融液，对所述熔融液进行冷却处理，并制备成带状焊料，包括：
将所述混合物料装入石英坩埚内，在真空炉内进行感应加热重熔，在设定温度下利用氩气将熔融液喷铸在高速旋转紫铜辊上，通过急冷处理，得到所述带状焊料。
7.根据权利要求6所述的铜铝焊接方法，其特征在于，所述带状焊料的厚度为0.02mm-0.10mm。
8.根据权利要求7所述的铜铝焊接方法，其特征在于，所述利用所述焊药和所述焊料，对铜铝焊件进行焊接，包括：
将所述焊药与溶剂混合，制备得到糊状焊药；
将所述糊状焊药涂抹于所述铜铝焊件的焊接区域；
利用所述带状焊料，在所述铜铝焊件的焊接区域处进行焊接，完成对所述铜铝焊件的焊接。
9.根据权利要求8所述的铜铝焊接方法，其特征在于，在进行所述焊接时，焊接温度为400℃-700℃。
10.根据权利要求8所述的铜铝焊接方法，其特征在于，在进行所述焊接时，焊接处理的时间为1秒-10秒。
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