专利名称：一种熔点低于600℃的Sn-Zn-Ti活性钎料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种活性钎料及其制备方法。
背景技术：
复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料。铝基复合材料因其密度小、熔化温度低、高导热性且成本低等特性得到世界范围内的广泛研究并日趋工业化，目前已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。但是，增强相的引入， 使得其焊接工艺过程变得相当困难。目前，铝基复合材料的连接主要包括熔化焊、固相焊、 钎焊三大类，而钎焊由于加热时间短，焊接温度低，对增强体不会造成大的损伤，对焊件尺寸、形状等有较大的自由度且简单易行，而被认为是最有可能用于金属基复合材料焊接的方法。但是，铝本身钎焊性不良，加入增强相后，母材的润湿性成为钎焊铝基复合材料最主要的问题。采用常规焊接铝合金的Ai-Si系钎料和&1-A1系钎料进行焊接时，钎料-增强相之间的连接为弱连接，连接界面几乎不发生反应。所以，当增强相体积分数增大后，常规的Al-Si系钎料或者&1-A1系钎料在复合材料表面的润湿性和连接强度都不能满足要求。 但是，由于复合材料基体材料铝熔点仅为660°c，在600°C就会发生过烧现象，所以，钎焊温度在600°C以下时，实现钎料对复合材料良好润湿、钎料和增强相良好连接是铝基复合材料连接的难题。
发明内容
本发明的目的是为了解决在600°C以下实现钎料对复合材料良好润湿及钎料与增强相良好连接的问题，提供了一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料。本发明的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由36 % 97% Sn、2. 5% 60% Si和0. 5% 4% Ti采用熔炼方法制成。一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料具体是按以下步骤完成的一、制备Sn-Ti合金锭首先在500°C 600°C的真空条件下熔炼20 50min，然后浇注成锭得到Sn-Ti合金锭；二、成型将步骤一制备的Sn-Ti合金锭在550°C 650°C下充分熔化，然后加入Si块，在550°C 650°C下熔炼10 50min，浇注最终形成Sn-Zn-Ti合金， 得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Zn 和 0. 5% 4% Ti 组成。本发明的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料熔点在400°C 500°C左右，润湿角为43. 89° 84. 16°，强度为10. 56 42. 68MPa ；本发明不仅改善了对复合材料的润湿性，而且改善了复合材料连接的接头形貌，使接头强度有所提高。
图1是具体实施方式
二十八四的Sn-Zn-Ti钎料的扫描电镜图，图中A区元素质量分数为88. 14% Sn、11. 86% Zn，B区元素质量分数为3. 3% Sn,96. 7% Zn，C区元素质量分数为66. 73% Sn,33. 27% Ti。图2是采用具体实施方式
二十八的Sn-Zn-Ti钎料焊接体积分数为45%的Si3N4增强铝基复合材料的钎焊接头金相组织图，图中I区为钎料区，II区位扩散层，III区为未被扩散的母材。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式中一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Si和0. 5% 4% Ti采用熔炼方法制成。本实施方式的Sn-Zn-Ti活性钎料熔点在400°C 500°C左右，润湿角为43. 89° 84. 16°，强度为10. 56 42. 68MPa。本实施方式的Sn-Zn-Ti活性钎料含有的焊接陶瓷的活性元素Ti可以和母材中的陶瓷增强相发生反应，实现钎料-增强相之间的连接，可以改善钎料在母材表面的润湿性；在焊接过程中，钎料和母材也发生互扩散现象，钎料当中的 Sn元素扩散到母材当中，扩散层厚度最多可达400 μ m,母材当中的Al元素则扩散到钎料当中与Ti元素形成TiAl化合物，改善了复合材料连接的接头形貌，使接头强度有所提高。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一的不同点是所述的熔点低于 600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由40% 94% Sn、3% 59% Si和1 % 3% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由45 % 90 % Sn、6% 5% Zn和 0. 5% 4% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由76% 79. 5% Sn、16. 5% 23. 5% Si 和0. 5% 4% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由95% Sn,4. 5% Zn和0. 5% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由94% Sn,4. 5% Zn和1. 5% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由93% Sn,4. 5% Zn和2. 5% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由79. 5% Sn,20% Zn和0. 5% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由78. 5% Sn,20% Zn和1. 5% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由77. 5% Sn,20% Zn和2. 5% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一至十之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由58. 5% Sn,40% Zn和1. 5% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
一至十一之一不同点是所述的熔点低于6000C W Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由57. 5% Sn,40% Zn和2. 5% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一至十二之一不同点是所述的熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由57% Sn,40% Zn和3% Ti采用熔炼方法制成。
具体实施方式
十四本实施方式提供一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料， 具体是按以下步骤完成的一、制备Sn-Ti合金锭首先在500°C 600°C的真空条件下熔炼20 50min，然后浇注成锭得到Sn-Ti合金锭；二、成型将步骤一制备的Sn-Ti合金锭在550°C 650°C下充分熔化，然后加入Si块，在550°C 650°C下熔炼10 50min，浇注最终形成Sn-Zn-Ti合金， 得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Zn 和 0. 5% 4% Ti 组成。本实施方式的Sn-Zn-Ti活性钎料熔点在400°C 500°C左右，润湿角为43. 89° 84. 16°，强度为10. 56 42. 68MPa。本实施方式的Sn-Zn-Ti活性钎料含有的焊接陶瓷的活性元素Ti可以和母材中的陶瓷增强相发生反应，实现钎料-增强相之间的连接，可以改善钎料在母材表面的润湿性；在焊接过程中，钎料和母材也发生互扩散现象，钎料当中的 Sn元素扩散到母材当中，扩散层厚度最多可达400 μ m,母材当中的Al元素则扩散到钎料当中与Ti元素形成TiAl化合物，改善了复合材料连接的接头形貌，使接头强度有所提高。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十四的不同点是步骤一中在 550°C的真空条件下熔炼30min，然后浇注成锭得到Sn-Ti合金锭。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十四或十五之一不同点是步骤二中将步骤一制备的Sn-Ti合金锭在600°C下充分熔化，然后加入Si块，在600°C下熔炼 20min，浇注最终形成Sn-Zn-Ti合金。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十四至十六之一不同点是步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由40% 94% Sn、3% 59% Zn和 3% Ti组成。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十四至十七之一不同点是步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由45% 90% Sn、6% 54. 5% Zn 和 0. 5% 4% Ti 组成。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十四至十八之一不同点是步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由76% 79. 5% Sn、 16. 5% 23. 5% Zn 和 0. 5% 4% Ti 组成。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十四至十九之一不同点是步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由95% Sn,4. 5% Si和0.5% Ti 组成。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
十四至二十之一不同点是步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由94% Sn,4. 5% Si和
1.5% Ti 组成。
具体实施方式
二十二 本实施方式与具体实施方式
十四至二十一之一不同点是 步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由93% Sn,4. 5% Zn 和2. 5% Ti组成。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
十四至二十二之一不同点是 步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由79. 5% Sn,20% Zn和0. 5% Ti组成。
具体实施方式
二十四本实施方式与具体实施方式
十四至二十三之一不同点是 步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由78. 5% Sn,20% Zn和1. 5% Ti组成。
具体实施方式
二十五本实施方式与具体实施方式
十四至二十四之一不同点是 步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由77. 5% Sn,20% Zn和2. 5% Ti组成。
具体实施方式
二十六本实施方式与具体实施方式
十四至二十五之一不同点是 步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由58. 5% Sn,40% Zn和1. 5% Ti组成。
具体实施方式
二十七本实施方式与具体实施方式
十四至二十六之一不同点是 步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由57. 5% Sn,40% Zn和2. 5% Ti组成。
具体实施方式
二十八本实施方式与具体实施方式
十四至二十七之一不同点是 步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由57% Sn,40% Zn 和3%组成。本实施方式的Sn-Zn-Ti活性钎料熔点在400°C 500°C左右，润湿角为43. 89°， 强度为 42. 68MPa,。本实施方式中一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料的扫描电镜图如图1所示，从图1可以观察到Sn-Zn-Ti活性钎料的微纳米结构。采用本实施方式中一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料焊接体积分数为 45%的Si3N4增强铝基复合材料，焊接温度450°C，焊接时间lOmin，焊接后的钎焊接头金相组织图如图2所示，从图2可以看出，Sn-Zn-Ti活性钎料在焊接过程中与母材发生了互扩散现象，扩散层厚度最多时达400 μ m。
权利要求
1.一种熔点低于600°c的Sn-Zn-Ti活性钎料，其特征在于熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti 活性钎料按原子数百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Si和0. 5% 4% Ti采用熔炼方法制成。
2.根据权利要求1所述的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料，其特征在于熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由40% 94% Sn、3% 59% Si和1 % 3% Ti采用熔炼方法制成。
3.根据权利要求1所述的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料，其特征在于熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由45% 90% Sn、6% 54. 5% Si和 0. 5% 4% Ti采用熔炼方法制成。
4.根据权利要求1所述的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料，其特征在于熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料按原子数百分比由76% 79. 5% Sn、16. 5% 23. 5% Si 和0. 5% 4% Ti采用熔炼方法制成。
5.如权利要求1所述的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料的制备方法其特征在于熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料具体是按以下步骤完成的一、制备Sn-Ti合金锭首先在500°C 600°C的真空条件下熔炼20 50min，然后浇注成锭得到Sn-Ti合金锭；二、成型将步骤一制备的Sn-Ti合金锭在550°C 650°C下充分熔化，然后加入Si块，在550°C 650°C下熔炼10 50min，浇注最终形成Sn-Zn-Ti合金，得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由36% 97% Sn、2. 5% 60% Zn和0. 5% 4% Ti组成。
6.根据权利要求5所述的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料的制备方法，其特征在于步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由40% 94% Sn、3% 59% Zn 和 3% Ti 组成。
7.根据权利要求5所述的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料的制备方法，其特征在于步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由45% 90% Sn、6% 54. 5% Zn 和 0. 5% 4% Ti 组成。
8.根据权利要求5所述的一种熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料的制备方法，其特征在于步骤二中得到熔点低于600°C的Sn-Zn-Ti活性钎料中按原子数百分比由76% 79. 5% Sn、16. 5%~ 23. 5% Zn 和 0. 5%~ 4% Ti 组成。
全文摘要
一种熔点低于600℃的Sn-Zn-Ti活性钎料及其制备方法，它涉及一种活性钎料及其制备方法。本发明为了解决在600℃以下实现钎料对复合材料良好润湿及钎料与增强相良好连接的问题。本发明的一种熔点低于600℃的Sn-Zn-Ti钎料按原子数百分比由36％～97％Sn、2.5％～60％Zn和0.5％～4％Ti采用熔炼方法制成；具体的操作步骤如下一、制备Sn-Ti合金锭，二、成型。本发明制备的一种熔点低于600℃的Sn-Zn-Ti活性钎料熔点为400℃～500℃，润湿角为43.89°～84.16°，强度为10.56～42.68MPa。本发明主要用于制备一种熔点低于600℃的Sn-Zn-Ti活性钎料。
文档编号B23K35/28GK102319962SQ201110243599
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者何鹏, 林铁松, 王百慧 申请人:哈尔滨工业大学