一种适用于铜铝软钎焊用免洗助焊剂及其制备方法

文档序号:8389469阅读:1002来源:国知局
一种适用于铜铝软钎焊用免洗助焊剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钎焊材料领域,特别涉及一种适用于铜铝软钎焊用免洗助焊剂。
【背景技术】
[0002] 铜及其合金具有优良的导电、导热、耐腐蚀和良好的加工成形性能,在电力、化工、 制冷、交通运输和航空航天等领域广泛应用。但铜为稀缺金属,属于战略资源,随着铜的资 源性短缺,铜的价格日益上涨,给相关企业带来巨大的成本压力。铝及其合金导热性能优 良、比重轻、价格低,在工业生产中应用范围越来越广泛,且用铝代替铜是目前国内外的主 要发展趋势,目前在很多应用场合相关企业已经开始使用铝代替铜来降低生产成本。
[0003] 铝代替铜的关键是如何实现铜铝异种金属的可靠性连接,目前一般采用焊接的方 法来实现铜铝异种金属的连接,从工艺的角度可以分为熔化焊、压力焊、钎焊。由于铜铝的 熔点相差较大,直接反应时会生成多种金属间化合物,影响焊接接头的强度和塑性,应尽量 避免采用熔化焊。而采用压力焊时,通常需要专门的设备,焊接时还要预制铜铝接头,存在 较大的局限性。钎焊是在母材金属不熔化的前提下,依靠钎料熔化后的填隙作用,与母材金 属之间发生溶解、扩散等冶金作用的金属焊接方法。在工业各部门异种材料的连接上钎焊 方法已经有了广泛的应用,如在轻工行业中的铝/不锈钢、铜/不锈钢的钎焊;在电子、机械 等行业中的金属基复合材料、陶瓷/金属的钎焊;在汽车行业中的铝/碳钢激光钎焊;在刀 具行业中的硬质合金、聚金刚石/碳钢的钎焊等等。综合来看钎焊最有可能实现铜铝异种 金属间的可靠性连接,但目前铜铝的钎焊还存在较多的问题,如在钎焊过程中需使用腐蚀 性较强的钎剂去除铝表面的氧化膜,使得焊后钎剂的残渣易吸潮形成电解液,对接头形成 较强的腐蚀;另外,由于铝、铜原子扩散较快,容易在接头区形成易熔的脆性Al-CuAl 2共晶, 导致接头强度降低。因此,很有必要开展铜铝钎焊材料的研制工作,改善此类材料在使用过 程中的缺陷,对实现工业上铝代替铜有着极为重要的意义。
[0004] 在电子产品实施无铅化之前,作为主流焊料的Sn_37Pb合金基本能满足铜铝软钎 焊的需求。而目前被广泛推荐使用的无铅软钎料如Sn-3. OAg-O. 5Cu、Sn-0. 7Cu合金只能与 铜母材形成良好的润湿结合,与Al之间的互溶度较小,均不能满足铜铝异种金属的钎焊。 基于Sn-Zn钎料能与错形成特殊的结合强度,且Sn、Zn都属于塑韧性组元,使得Sn-Zn合金 的机械性能(包括抗拉强度、抗疲劳与抗蠕变性能)优于Sn-Pb共晶合金,其延展性也与其 他无铅焊料相当,使得Sn-Zn系合金成为最有可能适用于铜铝软钎焊的无铅钎料。但目前 Sn-Zn焊料尚存在润湿性、耐蚀性差的缺点,配套助焊剂也存在焊后腐蚀性强的问题,限制 其在铜铝异种金属软钎焊领域的应用。在焊料研宄方面无法根本解决铜铝钎焊问题的情况 下,可考虑从助焊剂方面着手。
[0005] 目前,从助焊剂着手改善铜铝焊接接头综合性能的专利文献资料还较少。如公开 号为CN 103769776 A中国发明专利申请提供一种适用于铜铝异种金属用氟化物钎剂及其 制备方法,主要由氟化铯、三氟化铝、氟化钾、二氟化铜和助剂组成,具有良好的钎焊性能。 但此助焊剂使用时需配合Zn-15A1钎料,熔点仍较高(达450°C左右)。此外,因钎剂含有 较多的氟化物,焊后对铜铝接头会产生腐蚀作用。中国专利(公开号CN 102922178 A)公 开一种免清洗液体铝助焊剂及其制备方法,此助焊剂由氟化羟胺、金属活性盐、活性剂、缓 蚀剂及溶剂组成,其可焊性好,焊接效率高,且焊后残留极少,焊点无需清洗,对接头腐蚀性 小,但此专利仅适用于铝的软钎焊,未涉及铜铝异种金属软钎焊。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的在于提供一种适用于铜铝软钎焊用免洗助焊剂,专门针对铜铝软钎 焊,配合Sn-Zn系焊料使用的无腐蚀免清洗助焊剂,解决现有助焊剂在配合Sn-Zn系焊料使 用过程中存在的润湿性、耐腐蚀性能较差的问题,并在一定程度上抑制铜铝软钎焊过程中 在接头区脆性Al-CuAl 2共晶的生成。
[0007] 本发明解决其技术问题,所采用的技术方案是,
[0008] 一种铜铝软钎焊用免洗助焊剂组分及质量百分含量为:
[0009] 活化剂: 38.0~42.0% 金属活性盐: 5.0~8.0% 活性增强剂: 12.0~15.0%
[0010] 缓蚀抑制剂: 2.0~5.0% 成膜剂: 16.0~20.0% 溶剂: 10.0 ~27.0%
[0011] 配制方法:称取上述各组分原料,常温下将溶剂添加至带搅拌器的反应釜中,搅拌 后加入成膜剂,待溶解后依次加入活化剂、金属活性盐、活性增强剂、缓蚀抑制剂。继续搅拌 至全部溶解,混合均匀后停止搅拌,静置过滤即得本发明的免洗助焊剂。
[0012] 其中所述的活化剂为质量比为2:1~4:1二乙醇胺与吡啶硼酸的混合物。针对铝 表面氧化物难以去除,且在升温过程中易再次形成致密氧化膜的特点,混合不同温度下作 用的活化剂。二乙醇胺在焊接常温区即可对铜和铝表面氧化物进行清除,在焊接升温阶段 吡啶硼酸逐渐释放活性物质进一步去除表面氧化物,促进熔融Sn-Zn钎料润湿。
[0013] 所述的金属活性盐为质量比1:4~1:9的乙酸锌与乙酸锡,此类有机金属盐在焊 接过程中分解形成金属离子及乙酸根离子,其中沉积形成的Sn, Zn为复合界面活性剂,可 促进Sn-Zn钎料在铝接头润湿铺展。而分解的乙酸根会进一步与铜表面氧化膜反应,起到 去膜润湿的效果。
[0014] 所述的活性增强剂为三乙醇胺硼酸酯。与传统的具有腐蚀性的氟化物活性增强剂 不同,此类化合物在常温下并无活性,不会对铜铝接头产生腐蚀性。仅在焊接升温过程中逐 渐分解,在熔化焊料及铜铝接头之间原位释放出活性物质,达到增强助焊剂活性的作用。
[0015] 所述的缓蚀抑制剂为吡啶或4, 4联吡啶中的一种或多种的混合物。此类化合物含 有吡啶氮官能团,在焊接过程中吡啶氮易与铜、铝反应形成络合物膜,减缓铜、铝原子扩散 速度,在一定程度上抑制Al-CuAl 2共
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