[发明专利]一种铝/铜钎焊用锡基钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝/铜钎焊用锡基钎料及其制备方法，属于铝/铜异种金属的钎焊材料领域。

背景技术

铝/铜异种金属钎焊存在两个主要问题：首先，铝/铜异种金属焊接过程中在铜母材一侧界面处易形成连续的铝-铜金属间脆性化合物，导致接头强度下降，抗折弯性能差。其次，铝/铜钎焊时钎料与Al、Cu母材电极电位相差较大，易引起钎缝的电化学腐蚀。目前，已报道的用于铝/铜钎焊的钎料体系包括Al基、Zn基和Sn基三种体系。

夏春智选用Al-12Si（E4047）钎料，Koyama Ken选用Al-Si-Mg-Bi钎料，分别钎焊获得了Al/Cu异种接头。两位研究者都发现钎缝与铜母材界面处存在两种金属间化合物层——Cu₃Al₂和CuAl₂，其显微硬度也远高于其他钎缝区域。研究者Koyama Ken测得Al/Cu接头的抗剪切强度仅为15MPa（Koyoma Ken, et al. Evaluation of Brazing Properties using Al-Si-Mg-Bi Brazing Alloy. Development of Brazing Technique for Al-Cu Dissimilar Joint. (Part1). Journal of Light Metal Welding and Construction, 2002，40(9):403~410）。可以看出，Al-Si系钎料钎焊Al/Cu接头时，由于钎缝与铜母材界面处脆性Al-Cu金属间化合物的影响，接头强度较差。

从Al/Cu接头的抗剪切强度看，Zn-Al系钎料是目前较为理想的一种Al/Cu钎焊用钎料。张满、薛松柏研究了Al、Ag元素对Zn-Al钎料钎焊Al/Cu接头力学性能的影响，结果表明，Zn-15Al-3.3Ag钎料钎焊Al/Cu接头的抗剪切强度达到了50~55MPa。研究者同时发现，采用Zn-Al钎料钎焊Al/Cu接头时，钎缝与Cu母材界面处存在CuAl₂金属间化合物层，接头断裂也主要发生在该界面处(张满等.Ag元素对Zn-Al钎料性能的影响[J].焊接学报,2010,31(10)：73~76)。

Sn-Zn系钎料在钎焊Al/Cu接头时，钎缝与Cu母材界面处的组织与Zn-Al和Al-Si钎焊的Al/Cu接头不同。学者刘鹏选用Sn-9Zn钎料，采用超声波液相钎焊技术实现了变压器Cu/Al过渡接线端子的连接。钎焊接头在Al/钎缝和Cu/钎缝侧均呈现良好的界面结合，钎缝硬度与Al基体硬度分布较为接近，没有显著的高硬度区存在（刘鹏，胡大奎，陈晖等.电站变压器用Cu/Al过度接线端子超声波液相钎焊工艺及组织性能研究[J].现代焊接，2012，（2）：23~24转25）。    学者M. L. Huang采用Sn-9Zn-xNi软钎料钎焊得到Al/Cu接头，研究了接头的显微组织、机械性能和抗腐蚀性能。研究发现在Al/Cu接头中，钎缝与Cu母材之间界面处存在极薄的Al_4.2Cu_3.2Zn_0.7金属间化合物层，钎缝没有高硬度区存在，接头韧性好，抗折弯性能好。但是，由于Sn-9Zn-xNi钎料强度较低，钎料自身的抗腐蚀性能也较差，采用Sn-9Zn-xNi钎料钎焊的Al/Cu接头的强度较低（抗剪切强度为25MPa~36MPa），接头在5%NaCl溶液中浸泡12h后，接头抗剪切强度损失了50%以上，残余强度仅为6MPa~16MPa，Al/Cu接头的抗腐蚀性能差（M. L. Huang , N. Kang,  Q. Zhou, Y. Z. Huang. Effect of Ni Content on Mechanical Properties and Corrosion Behavior of Al/Sn-9Zn-xNi/Cu Joints. JMST, 2012, 28(9): 844-852）。

综上所述，Sn-Zn基钎料钎焊Al/Cu接头时，钎缝与Cu母材界面处没有出现高硬度区，接头的韧性较好；但是，Sn基钎料钎焊获得Al/Cu接头的强度及抗腐蚀性能较差。

发明内容

本发明目的是针对锡基钎料钎焊Al/Cu接头强度低，抗腐蚀性能差的问题，提出一种铝/铜钎焊用锡基钎料及其制备方法。采用该钎料钎焊的Al/Cu接头强度较高，抗折弯性能好，抗腐蚀性能好。