[發明專利]一種基于高熵合金擴散焊接的金屬間化合物及其制備方法

有效

• 申請號: 202010158319.2
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111318801B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 劉文勝;唐思危;柳蕭;馬運柱
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B23K20/14
• 分類號: B23K20/14;B23K20/22;B23K20/24;B22D18/06;C22C1/02;C22C5/02;C22C19/07;C22C30/00;B23K103/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明公開了一種基于高熵合金擴散焊接的金屬間化合物及其制備方法；屬于復合材料制備技術領域。本發明通過一步真空擴散連接工藝，在高熵合金基體表面形成了一種新型的金屬間化合物層，所得金屬間化合物包括納米級Co₃Fe₇相；所述納米級Co₃Fe₇顆粒彌散分布在Au₅Sn中，將Au₅Sn割裂成為一個個的準納米粒子，所述準納米粒子在金屬間化合物層內形成細晶強化。本發明所得的Au80Sn20/CrMnFeCoNi復合焊點界面無缺陷、剪切性能好、界面穩定性顯著提高，可用于高熵合金的工業級擴散連接的制備。本發明解決了現有電子封裝用焊接基板問題，探索了高熵合金工業級焊接界面的金屬間化合物的組織、結構和性能等問題；為其實現工業化應用提供了必要條件。

技術領域

本發明涉及一種基于高熵合金擴散焊接的金屬間化合物及其制備方法；屬于復合材料制備技術領域。

背景技術

高熵合金被定義為含有至少五種金屬原子，每種原子質量在5～35％之間的一種新型合金。它總是形成一個簡單的晶體結構。中國臺灣學者Yeh.等人最先開始研究CrMnFeCoNi高熵合金，這種典型的合金又被叫做“cantor”合金，研究報道這種合金具有高硬度、高強度、高耐磨性、耐氧化性和耐腐蝕等優異特性。因此，它被認為是下一代的結構材料。

高熵合金的連接在其工業級應用中起著重要的作用，如焊接、組裝成所需的形狀。目前，有關高熵合金的研究主要集中在設計、合成、微觀結構和性能等方面。很少有研究關注于高熵合金的焊接。Ma研究了熔融錫和AlCoCrCu_xFeNi高熵合金(HEA)襯底的潤濕性，發現Sn原子在AlCoCrCu_xFeNi HEA中的擴散改變了IMCs的形貌。然而，緩慢的擴散和IMCs的增長之間的聯系還沒有建立起來。Shen驗證了IMCs的結構為(Cu_0.76,Ni_0.24)₆Sn₅在SAC焊料和FeCoNiCrCu_0.5 HEA基體的界面上。此外，在150℃時效150h時，金屬間化合物的生長受到明顯抑制。然而，抑制生長的IMCs對機械強度的影響尚未見報道。HEA焊接的最佳選擇是尋找另一種比純錫的連接性能更好的焊料合金。Au80Sn20共晶合金具有導熱系數高、抗疲勞、抗腐蝕、抗蠕變能力強、屈服強度大等優點，是高熵合金焊接的理想焊料。

真空擴散連接技術具有低溫連接、高溫使用等優良的連接實用性，還可以避免焊接過程中使用助焊劑。之前，Au80Sn20與銅、Kovar基板擴散連接時，由于銅基板和可伐合金在焊接過程中易氧化，常通過添加助焊劑來改善連接接頭界面組織結構和應力狀態，以提高連接接頭質量。

綜上所述，CrMnFeCoNi高熵合金用作焊接基板鮮有人報道，而且有關Au80Sn20焊料的焊接多采用助焊劑。我們也試過在空氣中進行Au80Sn20/CrMnFeCoNi HEA焊接，效果不是很理想。目前，還沒有比較成熟的工藝能實現Au80Sn20與CrMnFeCoNi高熵合金的高性能連接。此外，電子封裝用焊接基板對基板和焊接界面的穩定性提出了更高要求，提高Au80Sn20/CrMnFeCoNi HEA連接件的界面穩定性至關重要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供了一種基于高熵合金擴散焊接的金屬間化合物及其制備方法，有效解決了Au80Sn20/CrMnFeCoNi焊接時使用助焊劑和存在焊點不潤濕等焊接效果差帶來的界面穩定性差的問題，大大提高了Au80Sn20/CrMnFeCoNi復合焊點的界面連接強度。

本發明采用的技術方案是：