[發(fā)明專利]高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料硬釬焊自釬釬料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910073303.5
• 申請日: 2009-11-30
• 公開（公告）號: CN101722380A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛濟(jì)泰;羅相尉;盧廣璽;關(guān)紹康;郭永良;張杰;孟慶昌;線恒澤;于杰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K35/28
• 分類號: B23K35/28;B23K35/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料硬釬焊自釬釬料及其制備方法。

背景技術(shù)

高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料以其低熱膨脹系數(shù)、高熱導(dǎo)率和低密度 等優(yōu)異性能，在航空航天光電控制系統(tǒng)精密零部件以及微電子封裝器件的制造 中有重要應(yīng)用前景。但由于陶瓷增強(qiáng)相的體積百分比較大(一般大于50％)， 材料的潤濕性很差，造成此種材料的釬焊非常困難。

目前，釬焊普通低體積分?jǐn)?shù)(一般低于20％)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料基 本上沿用釬焊鋁合金的釬料或者將其表面金屬化后再進(jìn)行釬焊。但是，常規(guī)的 鋁合金釬料對釬焊高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料并不適用，使其表面金屬 化后也會存在其他問題。高體積分?jǐn)?shù)的SiCp/Al復(fù)合材料則更加難焊，這是由 于：1.復(fù)合材料表面裸露著大量的SiC陶瓷增強(qiáng)相，它含有離子鍵與共價鍵， 很難被金屬鍵的金屬釬料所潤濕；2.鋁合金基體氧化性很強(qiáng)，氧化膜的存在 同樣是釬焊的主要障礙；3.鋁基復(fù)合材料釬焊面的焊前清理具有一定的難度， 在用砂紙打磨時輕則表面清理不徹底，重則可使基體金屬被過分磨蝕，SiC顆 粒更加裸露，從而對釬料的潤濕、鋪展和擴(kuò)散增加困難。有研究人員采用Zn-Al 釬料超聲波釬焊高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，但是釬料的熔點低，使釬 縫耐高溫性差，并且釬縫的耐腐蝕性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料釬焊性差以及 現(xiàn)有焊接工藝下所得釬縫耐高溫、耐腐蝕性差的問題，而提供了高體積分?jǐn)?shù)顆 粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料硬釬焊自釬釬料及其制備方法。

高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料硬釬焊自釬釬料為箔狀，其成分按質(zhì)量 百分比由15％～26％Cu、4％～10％Si、0.5％～2％Mg、0.05％～0.1％Bi、 0.01％～0.03％La、0.5％～1.0％Li和余量的Al制成。

本發(fā)明中高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料自釬釬料的制備方法是按下述 步驟進(jìn)行的：一、按Cu占原料質(zhì)量的15％～26％、Si占原料質(zhì)量的4％～10％、 Mg占原料質(zhì)量的0.5％～2％、Bi占原料質(zhì)量的0.05％～0.1％、La占原料質(zhì)量的 0.01％～0.03％、Li占原料質(zhì)量的0.5％～1.0％和余量的Al(上述各元素之和為 100％)的比例分別稱取下述原料：純Al、Al-Si中間合金、Al-Cu中間合金、 Mg、Bi、La和Li單質(zhì)金屬；二、然后將步驟一稱取的Al置于石墨坩堝中加 熱至720℃，待完全溶化后再加入步驟一稱取的Al-Si中間合金和Al-Cu中間 合金，保溫15分鐘，待加入的合金完全熔化后降溫至650℃，保溫5分鐘， 然后以依次加入步驟一稱取的單質(zhì)元素金屬La、Mg、Li和Bi，然后靜置保溫 5分鐘，以50r/min速度攪拌1分鐘，再靜置保溫5分鐘，然后澆注到溫度為 250℃的模具中，制得合金圓棒；三、然后把合金圓棒在帶冷卻水的銅輥甩帶 機(jī)上制成的急冷態(tài)箔狀釬料，急冷態(tài)箔狀釬料經(jīng)空氣爐中400℃退火4小時； 即得到高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料自釬釬料。

本發(fā)明所述硬釬焊自釬釬料中的Al元素是主要成分，其控制釬料整體熔化 范圍，并且復(fù)合材料的基體是鋁合金，與其有很好的相容性，與其潤濕結(jié)合形 成焊縫。本發(fā)明所述硬釬焊自釬釬料中的Cu控制釬料的熔點，能擴(kuò)散到復(fù)合 材料基體中形成質(zhì)量好的焊縫。本發(fā)明所述硬釬焊自釬釬料中的Si為界面活 性元素，能減低釬料的表面張力，增加釬料的鋪展能力；并且合金元素Si與 陶瓷(如SiC)的結(jié)構(gòu)比較接近，SiC顆粒充當(dāng)共晶Si的異質(zhì)形核基底，共晶 Si在SiC表面優(yōu)先形核長大，利于改善釬縫界面的結(jié)合質(zhì)量。本發(fā)明所述硬釬 焊自釬釬料中的Mg具有自釬作用，去除氧化膜。本發(fā)明所述硬釬焊自釬釬料 中的Bi可降低釬料的表面張力，改善潤濕性。本發(fā)明所述硬釬焊自釬釬料中 的La可細(xì)化焊縫組織，提高強(qiáng)度和塑性。本發(fā)明所述硬釬焊自釬釬料中的Li 可增強(qiáng)自釬作用。本發(fā)明所述硬釬焊自釬釬料各元素通過在釬焊過程中相互形 成化合物、固溶體或共晶體，發(fā)揮其潤濕作用。

本發(fā)明所述自釬釬料的固、液相線溫度分別為525℃、540℃。本發(fā)明方 法制得的自釬釬料，在釬焊高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料過程中能很好地 潤濕SiC顆粒，焊前不需在復(fù)合材料被焊表面進(jìn)行金屬化處理，能和母材形成 完全冶金結(jié)合的釬縫，具有良好的釬焊性，且具有耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)點。