一种用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝及铝合金软钎焊用助焊剂，特别是涉及一种用于铝及铝合金低 温软钎焊的焊后免清洗低腐蚀性固态助焊剂及其制备方法，该助焊剂可作为多种无铅成分 焊锡丝内芯的助焊剂，用作电子、电器及能源化工领域铝制换热器产品软钎焊材料。
【背景技术】
[0002] 铝及铝合金的导电和导热性能与铜接近，但其生产和市场成本不到铜材的三分之 一，因而极具性价比优势，近年来电子和电器工业领域强烈期望能在电子产品中部分元器 件中的铜用铝来替代；铝及铝合金的表层致密氧化物难以去除，以及单纯的铝及铝合金无 法与无铅焊料形成牢固的冶金结合，现有的铝软钎焊技术无法满足焊点强度、耐电化学腐 蚀性能等可靠性的要求。
[0003] 根据生产工艺，使用环境要求，铝软钎焊剂的设计应满足几点：
[0004] 1)高活性：铝及铝合金的低温软钎焊助焊剂活性不足长期限制其广泛应用；
[0005] 2)拉丝工艺特性：现有的拉丝工艺要求助焊剂在110±5°C下有较好的流动性，无 分层、混合不均等现象，同时在70?80°C时能够固化；
[0006] 3)焊后残留无腐蚀性：免清洗铝助焊剂要求焊后残留无腐蚀性；
[0007] 4)焊点可靠性高：焊点在应用环境下的耐电化学腐蚀性能影响其服役寿命；
[0008] 5)其它：焊接时烟雾刺激性弱、飞溅小，助焊剂储存稳定性高。
[0009] 目前研制的铝用软钎焊剂主要集中在有机软钎剂，典型成分是将氟化铵、氯化铵、 氟硼酸铵等溶解到有机胺中制成溶液，比较典型的有张启运、庄鸿涛编著的《钎焊手册》（机 械工业出版社，1998年11月）中提到的有机型软钎焊剂如下：三乙醇胺62 %，乙醇胺20 %， 氟硼酸锌8%，氟硼酸亚锡5%及氟硼酸铵4% ;这种有机型软钎焊剂在常温下呈粘稠状，活 性低，焊接温度高，焊后残留物腐蚀焊点，因有大量的无机铵，焊接过程中产生刺激性气味。 [0010][0011] 公告号为CN101474699B，名称为"铝及铝合金的超声波软钎焊方法"的发明专利， 可实现钎料在230°C?260°C焊接温度下使钎料与铝及铝合金形成焊接接头，但该方法需 要额外的加热和超声波焊接设备，很大程度上限制了该方法的应用。
[0012] 公告号为CN102922178A，名称为"一种免清洗液体铝助焊剂及制备方法"的发明专 利申请的铝助焊剂中含有三乙醇胺的氟化物，其具有恶臭性气味，同时该助焊剂为液态，不 适用于焊锡丝的制备和生产。
[0013] 公告号为CN10244493B，名称为"一种包含助焊剂的铝合金无铅焊丝及其助焊剂 的制备方法"的发明专利涉及的助焊剂主要由以下物质的质量百分比组成：有机羧酸及衍 生物活性剂10%?20%，高沸点溶剂10%?15%，氟碳表面活性剂0. 1 %?2%，缓蚀剂 0. 1%?0.4%，水溶性树脂40%?50%，以及异丙醇、乙醇、去离子水作溶剂；该助焊剂含 有的对铝软钎焊润湿不良的水溶性树脂比重较大，还以乙醇、水等低沸点物质作为溶剂，其 钎焊时的润湿性不好，且助焊剂飞溅大，不适合用于制备和生产铝软钎焊锡丝。
[0014] 公告号为CN101412168B，名称为"一种铝钎焊焊锡丝芯用助焊剂及其制备方法"的 发明专利涉及的铝用助焊剂主要由以下物质的重量百分比组成：改性松香14%?28%，氟 硼酸铵12 %?24 %，有机胺38 %?56 %，锌源4 %?10 %，亚锡盐0. 5 %?8 %，氟表面活 性剂0. 1%?2%，该助焊剂以改性松香作为固化添加物，对助焊剂的活性有消极作用，同 时其中大量使用的氟硼酸铵有强刺激性气味，焊后残留物具有腐蚀性，不利于助焊剂的大 量使用，以及强吸潮性使该助焊剂难以长期保存。
【发明内容】
[0015] 本发明在旨在克服现有铝软钎焊剂低温活性不足、焊后残留物具有腐蚀性以及焊 点耐电化学腐蚀性能不佳等技术缺陷，提供用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂及制备 方法，其常温下能保持固态、低吸潮性，制备的含芯焊锡丝具有低温焊接上锡速度快、飞溅 小、焊后残留物无腐蚀，焊点耐电化学腐蚀性能达到30h以上等特点。
[0016] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0017] 一种用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂，以重量百分比计算，其原料组成 为：
【主权项】
1. 一种用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂，其特征在于，以重量百分比计算，该免 清洗固态助焊剂的原料组成为： 金属成膜剂 6.5?18% 有机载体 5~10% 缓蚀剂 0.1~0.8% 去膜活性剂 余量 所述去膜活性剂为有机胺与酸的复合盐，其中，有机胺为乙醇胺、二乙醇胺、乙二胺、 三乙醇胺、三乙胺、三乙烯四胺、3 -丙醇胺、聚乙烯亚胺、羟乙基乙二胺、羟二乙基乙二胺、 N，N-二甲基羟胺、N，N-二乙基羟胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二乙基乙醇胺中的一种或 多种，所述的酸为已二酸、戊二酸、葵二酸、氟硼酸、氢氟酸、硬脂酸、氨基酸或水杨酸； 所述金属成膜剂为锡化合物和锌化合物中的一种或者多种； 所述有机载体为聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚乙 二醇8000、聚乙二醇10000、聚异丁烯、松香酸甘油酯、硬脂酸甘油酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、 OP- 10和甲氧基聚乙二醇中的一种或多种； 所述缓蚀剂为苯并三氮唑、咪唑啉、吡嗪类和改性肌醇六磷酸酯有机物中的一种。
2. 根据权利要求1所述的用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂，其特征在于，所述 锡化合物为氧化锡、氟化锡、氧化亚锡、氟化亚锡、氟硼酸亚锡、氯化亚锡、二甲基锡和辛酸 亚锡中的一种或多种。
3. 根据权利要求1所述的用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂，其特征在于，所述 锌化合物为乙酸锌、硬脂酸锌、硫化锌、硫酸锌、氟硼酸锌、氟化锌、氧化锌、碳酸锌、氯化锌 和溴化锌中的一种或多种。
4. 根据权利要求1所述的用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂，其特征在于，所述 去膜活性剂通过如下方法制备：以重量比计，将有机胺与酒精按1:1?1:5配置有机胺酒精 溶液，将酸与酒精按1:1?1:5配置酸酒精溶液；将配置的酸酒精溶液逐步加入至有机胺酒 精溶液中，直至溶液pH调整为5?8,静置24?48h待其完全反应；将配置好的混合酒精 溶液在搅拌和加热至135±5°C条件下去除酒精和水分，冷却到室温，得到有机胺酸盐的固 态结晶物。
5. 权利要求1 -4任一项所述的用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂的制备方法，其 特征在于包括如下步骤： 1) 以重量比计，将有机胺与酒精按1:1?1:5配置有机胺酒精溶液，将酸与酒精按 1:1?1:5配置酸酒精溶液； 2) 将步骤1)配置的酸酒精溶液逐步加入至有机胺酒精溶液中，直至溶液pH值调整为 5?8,静置24?48h待其完全反应； 3) 将步骤2)配置好的混合酒精溶液在搅拌和加热条件下去除酒精和水分，冷却到室 温，得到有机胺酸盐的固态结晶物； 4) 将步骤3)得到的有机胺酸盐的固态结晶物置于反应釜中，加热并保持加热温度 105?115°C，直至有机胺酸盐的固态结晶物全部熔融； 5) 将金属成膜剂加入到熔融的有机胺酸盐中，以80r/min?200r/min持续搅拌40? 50min直至混合均勻； 6) 将有机载体和缓蚀剂加入到步骤5)的熔融物中，加热并保持加热温度90?95°C， 以60r/min?90r/min的速度继续揽拌20?30min; 7) 将步骤6)所得混合物冷却到室温，得到用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂。
6.根据权利要求5所述的用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂的制备方法，其特征 在于，所述的在搅拌和加热条件下去除酒精和水分的搅拌速度为60r/min?90r/min，加热 温度为135±5°C。
【专利摘要】本发明公开一种用于铝低温软钎焊的免清洗固态助焊剂及制备方法。以重量百分比计算，该免清洗固态助焊剂的原料组成为：金属成膜剂6.5～18％，有机载体5～10％，缓蚀剂0.1～0.8％，余量去膜活性剂。所述去膜活性剂为有机胺与酸的复合盐；本发明免清洗固态助焊剂用适用于制备芯内含固态助焊剂的无铅焊锡丝，可用于自动焊、手工烙铁焊或火焰喷焊。采用本发明助焊剂制备的含芯焊锡丝具有上锡速度快、飞溅小、无刺激性烟雾，以及焊后残留物无腐蚀性、焊点耐电化学腐蚀性能优异、接头服役时间长的特点；适用于镀铝层电路板、铝焊脚电子元器件组装焊以及用于铝电缆线、铝制散热器、铝制热交换设备的钎焊。
【IPC分类】B23K35-363, B23K35-40
【公开号】CN104607826
【申请号】CN201410752119
【发明人】张新平, 周立兵, 周敏波
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月9日