[發明專利]鎂材局部表面硬焊的前處理方法

無效

• 申請號: 200710047847.5
• 申請日: 2007-11-06
• 公開（公告）號: CN101428367A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 何靖
• 申請（專利權）人: 何靖
• 主分類號: B23K1/20
• 分類號: B23K1/20;C23C18/36;B23K35/363;B23K35/26;B23K103/08
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳澤群

【技術領域】

本發明屬于鎂合金焊接技術領域，具體說，是涉及鎂材局部表面硬焊的前處理方法。

【背景技術】

鎂合金工件性質對熱處理極為敏感，原因在于鎂合金熱膨脹系數高于一般金屬2～3倍，若受熱不均勻將在鎂合金內部留下變形及內應力的問題；另外若受熱的溫度過高，亦會留下偏析變性的問題。所以傳統熱焊(焊接溫度超過素材融點)的方法較不適合鎂合金工件，若是薄板材的焊接尤為困難。以薄板材而言較佳的作法是考慮冷焊(焊接溫度低于素材融點)以避免前述的缺點，前人的努力成果不多：US?Patent?4,613,069中Falke，et?al.等人，用銅鎳合金電鍍于鎂合金表面，再用錫鉛合金冷焊鎂合金，此一制程未考慮到助焊劑對鎂合金的腐蝕問題；US?Patent?4,925,084中Persson使用局部爆炸法焊接鋁鎂合金，可使用的鋁鎂合金限于具超塑能力之合金種類，同時也受工件形狀及成本的限制；US?Patent?4,739,920中Kujas使用硬脂酸(stearic?acid)、棕相酸(palmitic?acid)、油酸(oleic?acid)為助焊劑主成分，此一制程未考慮到助焊劑對鎂合金的腐蝕問題。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種合適的無電鍍鎳工藝，將鎂合金表面改質以達到適于冷焊的素材表面。

本發明的另一目的在于提供一種特用助焊劑，配合無鉛錫合金焊料，以達到適于冷焊鎂合金工件的目的。

關于無電鍍鎳工藝，無電鍍鎳被用于焊錫工藝中扮演一個擴散阻絕層與沾錫層的角色，因為無電鍍鎳層與焊錫間的潤濕性質及界面反應具有接點的可靠度。在潤濕性質方面，無鉛焊錫(純錫、共晶錫銀銅與錫鉍)在無電鍍鎳層上，其潤濕性與磷含量的關系。隨著無電鍍鎳層磷含量的增加，焊錫與無電鍍鎳層間的潤濕性有變好的趨勢。其中，純錫與無電鍍鎳層之間的潤濕性優于錫銀焊錫，而錫鉍焊錫在無電鍍鎳層上則表現一個較差的潤濕性質，概括來說，無電鍍鎳層的磷含量在大于9wt％時，對于以上三種無鉛焊錫系統有一較佳的潤濕性質。不論如何，無電鍍鎳層表面有鎳之氧化物的生成，在沒有使用助焊劑先清除表面氧化物的焊接情況下，焊錫與無電鍍鎳層間并不潤濕，焊錫與無電鍍鎳層間的附著強度顯得很差。而當加入助焊劑先清除掉工件表面氧化物之后，其潤濕性質大幅改善。此一狀態在鎂合金工件上更為復雜，除非無電鍍鎳層有足夠厚度(通常超過20μm)，無電鍍鎳層絕大部份會有殘存微孔，故工件表面以EDX觀察會檢測到相當的鎂之氧化物、氫氧化物、碳酸化物，在本發明中必須與鎳之氧化物同步解決。另外在界面反應方面，以42Sn-58Bi焊錫膏與中磷無電鍍鎳(Ni-5.52wt％P)層焊接界面處有Ni₃Sn₄的介金屬化合物的生成(這通常是疲勞斷裂的肇因)，而在較高磷含量的無電鍍鎳層(Ni-9.12wt％P)及電鍍鎳的例子當中則沒有發現此介金屬化合物。這是我們選取高磷無電鍍鎳層作為我們冷焊鎂合金工件表面的第一原因。其次是高磷無電鍍鎳層通常表現疏張內應力(compressive?stress)，在耐受焊接時的升溫及鎂合金素材熱膨脹系數高于一般金屬2～3倍的條件，有較呈現收縮內應力(tensile?stress)的中磷無電鍍鎳層有較高的附著性。

冷焊料有兩個主要成分：其一是焊料合金，世界各國組織所建議的冷焊用無鉛錫合金范圍：(1)美國NEMI協會(Sn95.5/Ag3.9/Cu0.6)、(2)日本JEITA協會(Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5)、(3)IDEAL(Sn96.5/Ag3.8/Cu0.7)，依據成份的差異，合金的熔解溫度也不一樣，大約都在217±4℃之間，另外(4)美國NEMI協會亦推薦(Sn42/Bi58)熔解溫度139℃；已有統一之趨勢。雖然銅成分會有增加鎂合金電偶腐蝕的可能，但是由于成份含量偏低而與錫形成合金的趨勢較大；在熱循環實驗及耐久性實驗中電偶腐蝕的現象并未發生。是故以上四種焊料都在本發明的測試項目之內。