一种铝合金表面低温钎焊改性涂层及制备方法与流程

本发明涉及一种钎焊涂层，尤其涉及的是一种铝合金表面低温钎焊改性涂层及制备方法。

背景技术：

铝合金具有质轻、加工成形性能优良与抗腐蚀性能优异等优点，在电子功能组件领域应用广泛，尤其在大尺寸的微带天线上。该类微带天线多设计为在长、宽达到几米、甚至数十米长的铝合金反射板上装载多个微带板。

微带板与铝合金的连接主要有焊接和胶接两种方式。如申请号：201811298019.3，一种微带板大面积接地的钎焊方法，s1，清洗焊片和壳体焊接面；s2，在所述壳体焊接面上刷涂助焊剂；s3，在所述壳体焊接面上依次安装所述焊片、微带板、压块工装，所述壳体焊接面、所述焊片和所述微带板形成焊接组合体；s4，将所述焊接组合体置于热板上加热；s5，所述焊片加热至熔化后，开启兆声装置，给熔融的所述焊片施加兆声波能量；s6，关闭所述兆声装置，所述热板停止加热，完成钎焊过程。其中，所述壳体设置为镀银铝壳体。

因铝合金因其表面存在致密的氧化膜造成低温钎焊时熔融的焊料很难在其表面润湿、铺展而选择焊接前的表面改性。通常使用电镀的方法在铝合金表面镀覆镍、铜、银或金等金属层，以实现铝合金的表面改性，从而保证其低温钎焊时的可焊性。电镀改性工艺是通过专用的电镀设备及材料实现，对设备的加工能力依赖程度较高，还存在环境污染等问题。因此，针对此类超出电镀设备加工能力的大尺寸铝合金反射板，多采用胶接的方式实现其与微带板的连接。然而，实现连接的胶接材料为进口的导电胶膜，其存储条件要求高、有效期短、价格高；最为关键的是此类胶接工艺可靠性受服役环境及条件影响较大。另外，研发这种具备大尺寸结构件电镀能力的工艺装备存在着技术风险大、周期长、投资成本高等问题。因此，急需开发一种可行性高、周期短、成本低的铝合金表面改性方法，实现大尺寸铝合金构件表面改性，从而保证其低温钎焊的可焊性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决目前对于超出电镀设备加工能力的大尺寸铝合金反射板采用胶粘的方式与微带板连接，存在胶接材料要求高、有效期短的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种铝合金表面低温钎焊改性涂层，包括打底层、改性层，所述打底层以覆盖的形式连接在铝合金基板表面，所述改性层以覆盖的形式连接在打底层表面；所述打底层为包含铝的镍基合金材料，所述改性层为包含镍的银基合金材料。

本发明通过ni-al之间界面能较低，容易形成冶金结合，形成微连接，提高了涂层与基体的结合强度。此外，镍合金打底层能作为扩散阻挡层不仅能有效防止钎焊时反润湿现象的发生，还能降低银基合金改性层的厚度，减少喷涂材料成本；银合金低温钎焊改性涂层能与低温焊料形成良好的润湿效果与冶金结合，可有效提高焊接接头强度。

优选的，所述打底层的厚度为7-12um，所述镍基合金材料包含质量百分比为0.5％-20％的铝。

优选的，所述改性层的厚度为25-35um，所述银基合金材料包含质量百分比为2％-15％的镍。

本发明还提供一种制备铝合金表面低温钎焊改性涂层的方法，包括以下步骤：

步骤s01:表面净化，清洗铝合金基板表面；

步骤s02:表面粗化，对铝合金基板进行粗化；

步骤s03:预热处理，在待喷涂的铝合金基板背面进行预热处理；

步骤s04:打底层制备，将包含铝的镍合金材质覆盖在铝合金基板表面，形成打底层；

步骤s05:改性层制备，将包含镍的银基合金材质覆盖在打底层上，形成改性层。

本发明具有操作简便、效率高、成本低等优点，能避免传统铝合金表面是湿法电镀改性造成的环境污染问题，工艺环保，易于推广。

优选的，所述步骤s01中采用无水乙醇清洗铝合金基板表面，吹干后保持表面清洁。

优选的，所述步骤s02中采用喷砂工艺对铝合金基板进行粗化。

优选的，所述步骤s03中预热温度为50～100℃。

优选的，所述步骤s04中使用镍基合金喷涂丝，采用电弧喷涂工艺在铝合金基板表面喷涂打底层，镍基合金喷涂丝包含质量百分比为0.5％-20％的al，直径为2-3mm。

优选的，所述步骤s05中使用银基合金喷涂丝，采用电弧喷涂工艺在打底层上喷涂改性层，银基合金喷涂丝包含质量百分比为2％-15％的ni、0.5％-5％的cu。

优选的，采用电弧喷涂机进行喷涂，喷涂电压为25-35v，喷涂电流为150-250a，喷涂气体压力为0.2-0.6mpa，喷涂枪距为60-200mm，喷涂枪速为400-500mm/s，所用保护气体为氩气、氮气中的一种。或其他保护气体。

本发明的优点在于：

本发明通过ni-al之间界面能较低，容易形成冶金结合，形成微连接，提高了涂层与基体的结合强度。此外，镍合金打底层能作为扩散阻挡层不仅能有效防止钎焊时反润湿现象的发生，还能降低银基合金改性层的厚度，减少喷涂材料成本；银合金低温钎焊改性涂层能与低温焊料形成良好的润湿效果与冶金结合，可有效提高焊接接头强度；

本发明具有操作简便、效率高、成本低等优点，能避免传统铝合金表面是湿法电镀改性造成的环境污染问题，工艺环保，易于推广。

附图说明

图1是本发明实施例一铝合金表面低温钎焊改性涂层与铝合金基板的连接示意宏观图；

图2是改性涂层与表面镀镍铝合金低温钎焊接头截面显微图；

图3是本发明实施例二铝合金表面低温钎焊改性涂层与铝合金基板的连接示意宏观图；

图4是改性涂层与铜合金低温钎焊接头截面显微图。

图中标号：1、铝合金基板；2、打底层；3、改性层；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2或图4所示，一种铝合金表面低温钎焊改性涂层，包括打底层2、改性层3形成的复合涂层，所述打底层2以覆盖的形式连接在铝合金基板1表面，所述改性层3以覆盖的形式连接在打底层2表面；所述打底层2为包含铝的镍基合金材料，所述改性层3为包含镍的银基合金材料。

其中，所述打底层2的厚度为7-12um，所述镍基合金材料包含质量百分比为0.5％-20％的铝。

所述改性层3的厚度为25-35um，所述银基合金材料包含质量百分比为2％-15％的镍。

打底层2中的ni与铝基板形成ni-al，改性层3的ni可以与打底层2中的al形成ni-al；ni-al之间界面能较低，容易形成冶金结合，形成微连接，提高了涂层与基体的结合强度。此外，镍合金打底层能作为扩散阻挡层不仅能有效防止钎焊时反润湿现象的发生，还能降低银基合金改性层的厚度，减少喷涂材料成本；银合金低温钎焊改性涂层能与低温焊料形成良好的润湿效果与冶金结合，可有效提高焊接接头强度。

实施例一：

本实施还提供一种铝合金表面低温钎焊改性涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤s01:表面净化，用无水乙醇中清洗铝合金基板表面5min，吹干后保持表面清洁；

步骤s02:表面粗化，采用喷砂工艺对铝合金基板进行粗化；

步骤s03:预热处理，将粗化后表面的背面以80℃的温度进行预热；

步骤s04:打底层制备，选用直径为2mm的ni-5wt％al喷涂丝，在粗化后的表面喷涂一层厚度约为9μm的打底层；打底层喷涂电压为34v、喷涂电流为200a、气体压力为0.4mpa、枪距为200mm、枪速为500mm/s，保护气氛为氮气；

步骤s05:选用直径为2mm的ag-5wt％ni喷涂丝，在打底层上喷涂一层厚度约为30μm的改性层；改性层喷涂电压为30v、喷涂电流为180a、气体压力为0.6mpa、枪距为150mm、枪速为500mm/s，保护气氛为氮气。

本实施例中所述银基合金材料为银合金喷涂丝，其制备方法为：将质量百分比为5％的ni粉、0.5％的cu粉及少量微量元素，余量为ag粉的混合粉末进行球磨，并在450℃下进行氢气还原，处理好的粉末经压制成型之后，再经旋锻与拉拔得到直径为2mm的成品丝材。

ni-5wt％al喷涂丝采用现有的采购件即可。

如图1所示，利用电弧喷涂工艺制备的复合涂层与铝合金基板的宏观图显示可见复合涂层表面平整、致密，展现了良好的喷涂效果。

如图2所示，采用实施例一的铝合金表面改性后(带有复合涂层的铝合金基板)，进行低温钎焊实验：

将带有复合涂层的铝合金、sn63pb37焊片、表面镀镍铝合金从下往上叠成三明治结构，并在上方添加压块以提供0.002mpa的压力。随后将整体结构放置在水平真空坩埚炉中，按照8℃/min的升温速率升温至250℃，保温时间为30min，保温阶段结束后，待炉温降至150℃取出焊接件。取钎焊接头的截面进行显微分析，如图2所示，复合涂层厚度均匀、致密，打底层与基板、改性层之间结合紧密；sn63pb37焊片与改性涂层间冶金结合良好，展现出良好的接头质量。且用镍合金喷涂打底，再银合金喷涂改性，这种方法制备的改性涂层比直接用银合金喷涂改性制备的涂层厚度薄10um左右，这样材料费降低。

实施例二：

如图3、图4所示，本实施例二与实施例一的区别在于：各步骤处理参数不同；

本实施中铝合金表面低温钎焊改性涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤s01:表面净化，用无水乙醇中清洗铝合金基板表面5min，吹干后保持表面清洁；

步骤s02:表面粗化，采用喷砂工艺对铝合金基板进行粗化；

步骤s03:预热处理，将粗化后表面的背面以80℃的温度进行预热；

步骤s04:打底层制备，选用直径为2mm的ni-20wt％al喷涂丝，在粗化后的表面喷涂一层厚度约为9μm的打底层；打底层喷涂电压为34v、喷涂电流为200a、气体压力为0.4mpa、枪距为200mm、枪速为500mm/s，保护气氛为氮气；

步骤s05:选用直径为2mm的ag-15wt％ni喷涂丝，在打底层上喷涂一层厚度约为30μm的改性层；改性层喷涂电压为30v、喷涂电流为180a、气体压力为0.6mpa、枪距为150mm、枪速为500mm/s，保护气氛为氮气；

本实施例中所述银基合金材料为银合金喷涂丝，其制备方法：将质量百分比为15％的ni粉、0.5％的cu粉及少量微量元素，余量为ag粉的混合粉末进行球磨，并在450℃下进行氢气还原，处理好的粉末经压制成型之后，再经旋锻与拉拔得到直径为2mm的成品丝材。

图3所示为利用电弧喷涂工艺制备的复合涂层的宏观图，可见复合涂层表面平整、致密，展现了良好的喷涂效果。

如图4所示，采用实施例二的铝合金表面改性后(带有复合涂层的铝合金基板)，进行低温钎焊实验：

将带有复合涂层的铝合金、snpb共晶焊料、铜块从下往上叠成三明治结构，并在上方添加压块以提供0.002mpa的压力。随后将整体结构放置在水平真空坩埚炉中，按照8℃/min的升温速率升温至250℃，保温时间为30min，保温阶段结束后，待炉温降至150℃取出焊接件。图3所示为钎焊接头的截面显微图。由图可见，打底层与基板、改性层之间结合紧密，复合涂层整体致密化程度高，厚度均匀；同时，焊料与改性层之间形成了良好的冶金结合，获得了良好的接头质量。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。