一種適用于銅鋁軟釬焊用免洗助焊劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及釬焊材料領(lǐng)域，特別涉及一種適用于銅鋁軟釬焊用免洗助焊劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 銅及其合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕和良好的加工成形性能，在電力、化工、 制冷、交通運(yùn)輸和航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但銅為稀缺金屬，屬于戰(zhàn)略資源，隨著銅的資 源性短缺，銅的價(jià)格日益上漲，給相關(guān)企業(yè)帶來巨大的成本壓力。鋁及其合金導(dǎo)熱性能優(yōu) 良、比重輕、價(jià)格低，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍越來越廣泛，且用鋁代替銅是目前國(guó)內(nèi)外的主 要發(fā)展趨勢(shì)，目前在很多應(yīng)用場(chǎng)合相關(guān)企業(yè)已經(jīng)開始使用鋁代替銅來降低生產(chǎn)成本。
[0003] 鋁代替銅的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)銅鋁異種金屬的可靠性連接，目前一般采用焊接的方 法來實(shí)現(xiàn)銅鋁異種金屬的連接，從工藝的角度可以分為熔化焊、壓力焊、釬焊。由于銅鋁的 熔點(diǎn)相差較大，直接反應(yīng)時(shí)會(huì)生成多種金屬間化合物，影響焊接接頭的強(qiáng)度和塑性，應(yīng)盡量 避免采用熔化焊。而采用壓力焊時(shí)，通常需要專門的設(shè)備，焊接時(shí)還要預(yù)制銅鋁接頭，存在 較大的局限性。釬焊是在母材金屬不熔化的前提下，依靠釬料熔化后的填隙作用，與母材金 屬之間發(fā)生溶解、擴(kuò)散等冶金作用的金屬焊接方法。在工業(yè)各部門異種材料的連接上釬焊 方法已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，如在輕工行業(yè)中的鋁/不銹鋼、銅/不銹鋼的釬焊；在電子、機(jī)械 等行業(yè)中的金屬基復(fù)合材料、陶瓷/金屬的釬焊；在汽車行業(yè)中的鋁/碳鋼激光釬焊；在刀 具行業(yè)中的硬質(zhì)合金、聚金剛石/碳鋼的釬焊等等。綜合來看釬焊最有可能實(shí)現(xiàn)銅鋁異種 金屬間的可靠性連接，但目前銅鋁的釬焊還存在較多的問題，如在釬焊過程中需使用腐蝕 性較強(qiáng)的釬劑去除鋁表面的氧化膜，使得焊后釬劑的殘?jiān)孜毙纬呻娊庖?，?duì)接頭形成 較強(qiáng)的腐蝕；另外，由于鋁、銅原子擴(kuò)散較快，容易在接頭區(qū)形成易熔的脆性Al-CuAl 2共晶， 導(dǎo)致接頭強(qiáng)度降低。因此，很有必要開展銅鋁釬焊材料的研制工作，改善此類材料在使用過 程中的缺陷，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)上鋁代替銅有著極為重要的意義。
[0004] 在電子產(chǎn)品實(shí)施無鉛化之前，作為主流焊料的Sn_37Pb合金基本能滿足銅鋁軟釬 焊的需求。而目前被廣泛推薦使用的無鉛軟釬料如Sn-3. OAg-O. 5Cu、Sn-0. 7Cu合金只能與 銅母材形成良好的潤(rùn)濕結(jié)合，與Al之間的互溶度較小，均不能滿足銅鋁異種金屬的釬焊。 基于Sn-Zn釬料能與錯(cuò)形成特殊的結(jié)合強(qiáng)度，且Sn、Zn都屬于塑韌性組元，使得Sn-Zn合金 的機(jī)械性能（包括抗拉強(qiáng)度、抗疲勞與抗蠕變性能）優(yōu)于Sn-Pb共晶合金，其延展性也與其 他無鉛焊料相當(dāng)，使得Sn-Zn系合金成為最有可能適用于銅鋁軟釬焊的無鉛釬料。但目前 Sn-Zn焊料尚存在潤(rùn)濕性、耐蝕性差的缺點(diǎn)，配套助焊劑也存在焊后腐蝕性強(qiáng)的問題，限制 其在銅鋁異種金屬軟釬焊領(lǐng)域的應(yīng)用。在焊料研宄方面無法根本解決銅鋁釬焊問題的情況 下，可考慮從助焊劑方面著手。
[0005] 目前，從助焊劑著手改善銅鋁焊接接頭綜合性能的專利文獻(xiàn)資料還較少。如公開 號(hào)為CN 103769776 A中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┮环N適用于銅鋁異種金屬用氟化物釬劑及其 制備方法，主要由氟化銫、三氟化鋁、氟化鉀、二氟化銅和助劑組成，具有良好的釬焊性能。 但此助焊劑使用時(shí)需配合Zn-15A1釬料，熔點(diǎn)仍較高（達(dá)450°C左右）。此外，因釬劑含有 較多的氟化物，焊后對(duì)銅鋁接頭會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用。中國(guó)專利（公開號(hào)CN 102922178 A)公 開一種免清洗液體鋁助焊劑及其制備方法，此助焊劑由氟化羥胺、金屬活性鹽、活性劑、緩 蝕劑及溶劑組成，其可焊性好，焊接效率高，且焊后殘留極少，焊點(diǎn)無需清洗，對(duì)接頭腐蝕性 小，但此專利僅適用于鋁的軟釬焊，未涉及銅鋁異種金屬軟釬焊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于銅鋁軟釬焊用免洗助焊劑，專門針對(duì)銅鋁軟釬 焊，配合Sn-Zn系焊料使用的無腐蝕免清洗助焊劑，解決現(xiàn)有助焊劑在配合Sn-Zn系焊料使 用過程中存在的潤(rùn)濕性、耐腐蝕性能較差的問題，并在一定程度上抑制銅鋁軟釬焊過程中 在接頭區(qū)脆性Al-CuAl 2共晶的生成。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是，
[0008] 一種銅鋁軟釬焊用免洗助焊劑組分及質(zhì)量百分含量為：
[0009] 活化劑： 38.0~42.0% 金屬活性鹽： 5.0~8.0% 活性增強(qiáng)劑： 12.0~15.0%
[0010] 緩蝕抑制劑： 2.0~5.0% 成膜劑： 16.0~20.0% 溶劑： 10.0 ~27.0%
[0011] 配制方法：稱取上述各組分原料，常溫下將溶劑添加至帶攪拌器的反應(yīng)釜中，攪拌 后加入成膜劑，待溶解后依次加入活化劑、金屬活性鹽、活性增強(qiáng)劑、緩蝕抑制劑。繼續(xù)攪拌 至全部溶解，混合均勻后停止攪拌，靜置過濾即得本發(fā)明的免洗助焊劑。
[0012] 其中所述的活化劑為質(zhì)量比為2:1~4:1二乙醇胺與吡啶硼酸的混合物。針對(duì)鋁 表面氧化物難以去除，且在升溫過程中易再次形成致密氧化膜的特點(diǎn)，混合不同溫度下作 用的活化劑。二乙醇胺在焊接常溫區(qū)即可對(duì)銅和鋁表面氧化物進(jìn)行清除，在焊接升溫階段 吡啶硼酸逐漸釋放活性物質(zhì)進(jìn)一步去除表面氧化物，促進(jìn)熔融Sn-Zn釬料潤(rùn)濕。
[0013] 所述的金屬活性鹽為質(zhì)量比1:4~1:9的乙酸鋅與乙酸錫，此類有機(jī)金屬鹽在焊 接過程中分解形成金屬離子及乙酸根離子，其中沉積形成的Sn, Zn為復(fù)合界面活性劑，可 促進(jìn)Sn-Zn釬料在鋁接頭潤(rùn)濕鋪展。而分解的乙酸根會(huì)進(jìn)一步與銅表面氧化膜反應(yīng)，起到 去膜潤(rùn)濕的效果。
[0014] 所述的活性增強(qiáng)劑為三乙醇胺硼酸酯。與傳統(tǒng)的具有腐蝕性的氟化物活性增強(qiáng)劑 不同，此類化合物在常溫下并無活性，不會(huì)對(duì)銅鋁接頭產(chǎn)生腐蝕性。僅在焊接升溫過程中逐 漸分解，在熔化焊料及銅鋁接頭之間原位釋放出活性物質(zhì)，達(dá)到增強(qiáng)助焊劑活性的作用。
[0015] 所述的緩蝕抑制劑為吡啶或4, 4聯(lián)吡啶中的一種或多種的混合物。此類化合物含 有吡啶氮官能團(tuán)，在焊接過程中吡啶氮易與銅、鋁反應(yīng)形成絡(luò)合物膜，減緩銅、鋁原子擴(kuò)散 速度，在一定程度上抑制Al-CuAl 2共