[發(fā)明專利]一種用于界面強(qiáng)化傳熱的鋁合金界面低溫?cái)U(kuò)散連接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410010077.7
• 申請(qǐng)日: 2014-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN103692085A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲文卿;苗建印;李敏雪;張紅星;莫青;丁汀;莊鴻壽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): B23K20/00
• 分類號(hào): B23K20/00;B23K20/16
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，涉及一種界面低溫?cái)U(kuò)散連接工藝，具體是指一種能夠在70～90℃的溫度條件下，使用一種由Ga或Ga合金和銀銅合金粉組成的中間層材料，在一定的壓力和時(shí)間條件下，成功將鋁合金擴(kuò)散連接一起的新方法，并且連接成功的結(jié)構(gòu)能夠承受250℃高溫而不發(fā)生破壞。特別適用于航空航天鋁合金散熱結(jié)構(gòu)的裝配連接或其他對(duì)焊接溫度要求嚴(yán)格的低溫條件下鋁合金的連接。

背景技術(shù)

散熱是大功率器件穩(wěn)定工作的重要保障，熱管就是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的散熱結(jié)構(gòu)。隨著近年來(lái)大功率器件功率和性能要求的不斷提高，對(duì)散熱要求也越來(lái)越高，不但要求更高的散熱效果，而對(duì)溫度的均勻性要求也日益提高，尤其是航天領(lǐng)域?qū)ι嵋蟾翘岢隽舜蠊β省⒏邿崃髅芏鹊囊螅瑖?guó)內(nèi)外在高效散熱結(jié)構(gòu)方面有了長(zhǎng)足的發(fā)展，為大功率、高熱流密度散熱提供了解決方案，但是散熱結(jié)構(gòu)與熱端部件之間的界面?zhèn)鳠岢蔀橄拗聘咝岬年P(guān)鍵，當(dāng)前一般采用導(dǎo)熱膠來(lái)作為界面裝配連接材料，存在著壽命短、可靠性差、導(dǎo)熱效果差等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外在界面強(qiáng)化傳熱方面也開展了大量研究，如采用導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱硅橡膠以及銦箔等軟金屬等，但都只能應(yīng)用于小熱流密度傳熱技術(shù)，關(guān)于大功率高熱流密度界面強(qiáng)化傳熱的金屬鍵連接未見報(bào)道。

當(dāng)前常用熱管材料一般為鋁合金，散熱介質(zhì)常采用液氨。液氨較長(zhǎng)時(shí)間在超過(guò)100℃的溫度條件下容易造成熱管破壞，因此采用金屬鍵界面連接時(shí)必須將連接溫度嚴(yán)格控制在95℃以下；而散熱界面在工作中經(jīng)常出現(xiàn)高于100℃的溫度沖擊，因此需要界面連接的重熔溫度高于100℃，以免界面結(jié)構(gòu)熔化失效。因此要在如此條件下實(shí)現(xiàn)鋁合金界面的金屬鍵連接是非常困難的。

本發(fā)明提供了一種采用以Ga或Ga合金為基體、添加銀銅合金粉的中間層材料、在溫度70～90℃、一定的壓力和時(shí)間條件下，實(shí)現(xiàn)用于大功率高熱流密度界面強(qiáng)化傳熱的鋁合金界面擴(kuò)散連接新方法，熱管界面結(jié)構(gòu)能夠承受250℃高溫而不發(fā)生破壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)大功率、高熱流密度傳熱技術(shù)的高性能要求，而當(dāng)前熱管與熱端部件（或其他熱控結(jié)構(gòu)）之間的接觸界面采用導(dǎo)熱膠連接存在的導(dǎo)熱效果差、壽命短的缺點(diǎn)，提供一種新型的用于大功率、高熱流密度界面強(qiáng)化傳熱的鋁合金界面低溫?cái)U(kuò)散連接方法，該方法是一種金屬鍵連接方法，在較低的溫度（70～90℃）條件下實(shí)施連接，能夠大幅度提高界面?zhèn)鳠嵝阅埽▊鳠嵝Ч葘?dǎo)熱膠可以提高數(shù)倍），并且可以承受250℃高溫而不發(fā)生破壞。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

1、連接前先對(duì)鋁合金表面進(jìn)行隔離處理，采用化學(xué)鍍、電鍍、電刷鍍、熱噴涂等方法在鋁合金表面鍍覆一層隔離層，隔離層材料為Ag或Cu，化學(xué)鍍、電鍍、電刷鍍隔離層厚度為8～15μm，熱噴涂隔離層厚度為100～200μm。隔離層要均勻，與鋁合金表面的結(jié)合性能良好；

2、以Ga或Ga合金為基體，添加銀銅合金粉配制成中間層材料，均勻涂抹到待焊鋁合金表面，然后將兩個(gè)部件裝配到一起，施加2～8MPa的壓力，放置到恒溫箱中在70～90℃條件下保溫10～20h，實(shí)現(xiàn)鋁合金界面低溫?cái)U(kuò)散連接。

本發(fā)明屬于金屬鍵連接方法，與現(xiàn)有導(dǎo)熱膠連接技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：導(dǎo)熱性能高，與導(dǎo)熱膠相比可以提高數(shù)倍；實(shí)現(xiàn)了低溫（70～90℃）條件下連接、高溫（至少250℃）下不發(fā)生破壞的特殊效果；此外沒有老化現(xiàn)象，界面結(jié)合強(qiáng)度好、壽命長(zhǎng)。

本發(fā)明可直接應(yīng)用于航天等重要領(lǐng)域的散熱系統(tǒng)，此外也可以廣泛應(yīng)用于其他工業(yè)領(lǐng)域中散熱界面的裝配連接。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于下列實(shí)施例，應(yīng)包括權(quán)利要求書中的全部?jī)?nèi)容。

本發(fā)明是一種新型的用于大功率、高熱流密度界面強(qiáng)化傳熱的鋁合金界面低溫?cái)U(kuò)散連接方法，其特征在于：所述界面低溫?cái)U(kuò)散連接方法是焊前首先在鋁合金表面采用化學(xué)鍍、電鍍、電刷鍍、熱噴涂等方法鍍覆一層隔離層，然后將配制的中間層材料均勻涂抹到待焊鋁合金表面，然后將兩個(gè)部件裝配到一起，施加2～8MPa的壓力，放置到恒溫箱中在70～90℃條件下保溫10～20h，實(shí)現(xiàn)鋁合金界面低溫?cái)U(kuò)散連接。所述中間層材料是以Ga或Ga合金為基體，添加銀銅合金粉。

實(shí)施例1：鋁合金表面采用化學(xué)鍍、電鍍、電刷鍍鍍覆一層Ag或Cu隔離層，隔離層厚度為8～15um。通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

具體材料成分、界面擴(kuò)散連接參數(shù)和各項(xiàng)性能見下表：