[发明专利]一种铝基钎焊复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及铝基钎焊复合材料及其制备方法，方法：在真空条件下采用离子束气相沉积法先在复合铝板的填料合金层表面沉积金属氧化物层，然后在真空条件下采用离子束气相沉积法继续沉积金属形成镍金属外层；制得的铝基钎焊复合材料包括芯层和钎焊复合层；钎焊复合层包括镍金属外层、金属氧化物层和填料合金层；金属氧化物层位于填料合金层和镍金属外层之间；钎焊复合层中的填料合金层位于面向芯层的一面；金属氧化物层为金属氧化物制成的层结构，所述金属氧化物层中含有30wt％以上的氧化镍；本发明的镍金属外层与填料合金层的结合力达3级及以上，铝基钎焊复合材料在采用T型式样模型进行钎焊时的焊缝长度≥30mm。

技术领域

本发明属于铝钎焊技术领域，涉及一种铝基钎焊复合材料及其制备方法。

背景技术

铝钎焊是利用熔点比母材低的铝和铝合金作为钎料，经加热后，钎料熔化，焊件不熔化，利用液态 铝钎料来润湿母材，填充接头间隙并和母材相互扩散，将焊件紧密牢固的连接在一起。自上世纪70年 代开始出现铝制热交换器替代全铜热交换器已有40余年，尤其1978年Alcan公司开发了NOCOLOK无 腐蚀性钎剂，掀起了汽车热交换器由真空钎焊等传统钎焊方法向可控气氛保护钎焊(CAB)转变的热潮， 该种钎剂仍广泛应用至今。

目前，国内外汽车热交换器生产商使用的钎焊方法主要分为VB和CAB两大类。VB焊依靠钎料中 的Mg蒸发而破坏铝表面的氧化膜，同时靠Mg本身的脱气作用使工件加热时不再氧化和促进熔融钎料 的润湿性。真空钎焊(即VB焊)的优点是：①无需钎剂，加热时不会产生有害气体，无需焊后清洗， 无环境污染；②无钎剂残留和盐引起的腐蚀问题，产品使用寿命较长；③焊后表面光亮，外观效果好。 但也存在着缺点，主要是设备造价高、效率低、维修麻烦，定期清除炉壁内所粘附的Mg蒸发物，否则 会影响炉内真空度和加热效果。CAB焊已经发展成为热交换器的主要生产方法之一，是以不活泼气体(主 要为氮气)作为保护气氛，以氟化物为基础的非腐蚀性物质作为钎剂。CAB焊的优点是：①设备造价低， 维修方便；②允许较大的接头间隙；③粘附在钎焊件表面的钎剂具有非腐蚀性及非吸湿性，所以对钎焊件不需清洗而减化了加工工序，降低了加工成本。但存在一些缺点：①钎剂不溶于水，所以钎剂涂覆较 麻烦，特殊类型热交换器仍需要人工二次涂覆钎剂，再对涂覆钎剂产品进行烘干处理；②氟化物钎剂会 与Mg发生反应，对母材或钎料中的Mg含量有严格要求，一般应控制在0.5wt％以下，限制了如5xxx 系和6xxx系含Mg铝合金的应用；③钎剂的操作温度高(高于570℃)，因此50％以上的铝合金会产生 过烧而无法使用该方法；④钎剂的使用，提高了成本，降低了生产效率，并恶化了工作环境；⑤钎剂残 留，影响表面质量，并且可能会导致局部通道堵塞，降低热传输效率。鉴于上述两类钎焊方式的不利因 素，促使人们开发不用施加钎剂的并且能在普通CAB钎焊炉中完成钎焊的热传输钎焊铝材。

美国专利US4,028,200公开了一种钎焊铝部件的方法，其中钎焊发生在由两个铝件或一种铝件与另 一种金属件之间，其中铝或铝合金具有钎焊包层，该钎焊包层在钎焊之前电镀有促进粘合的合金，亦或 是将镀有钎焊促进合金的铝钎焊箔替代铝钎焊包层，钎焊促进合金包括镍或钴，其中添加少量铅，使得 镍-铅或钴-铅可以单独使用或组合使用。铅的添加用于改善钎焊循环过程中复合合金的润湿性。然而可 以想到的使用含铅钎焊促进层材料的部件在生产及使用过程中会面临环保问题。

有已知技术公开了一种钎焊板产品，具有芯材和钎焊填充材料，所述填充材料包括Al-Si合金的铝 包层和在其上的镍层，采用电镀的方法将镍层镀覆在铝包层的表面。在铝包层中添加Bi、Pb、Li、Sb 中的至少一种，可改善钎焊期间的润湿性，在保持钎焊产品及其组件中的良好钎焊性的同时，不再需要 向包含镍的层中添加铅。据信，采用电镀方法对钎焊铝材表面涂覆钎焊促进层存在一定地的弊端，如电 镀生产速率较低，电镀液中的镍盐需要做废水处理，存在一定地环保问题。