[发明专利]一种通过表面多孔结构实现钎焊性可调的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及钎焊领域，具体为一种适用于焊接且通过表面多孔结构实现钎焊性可调的工艺。

背景技术

材料在实际应用中通常要解决材料连接的问题，尤其是钎焊的问题。钎焊是一种古老的技术，被广泛应用于母材之间的连接；它要求母材对于钎料要有好的钎焊工艺性。钎焊的过程就是在高于钎料熔点、低于母材熔点的温度下，液态钎料填充母材间隙，与母材相互溶解和扩散，凝固后实现零件间的连接。故钎焊工艺性好坏的关键在于钎料在母材上的润湿性，具体可用液态钎料在母材表面的润湿铺展速率、铺展面积或接触角等来表征。液态焊料的润湿铺展越快，铺展面积越大，接触角越小，则母材对于钎料的润湿性越好。铜及其合金、铁及其合金和钴及其合金由于具有优良的力学与物理性能，是当代最重要的工业材料之一。例如，铜及铜基合金因其良好的导电性和导热性，至今仍是最重要的集成电路中的布线材料及散热材料。而铁基合金，乃是工业中用量最大的结构材料，被广泛用于制造工程结构件、机械零件和各种各样的工具等。钴基合金则是航空工业的大量使用的高温合金。所以找到方法提高并调控铜及铜基合金、铁及铁基合金和钴及钴基合金的钎焊性，可以改善其钎焊工艺性能，将具有重要的工业应用价值。

材料的润湿性除了决定其钎焊工艺性能，还是焊接界面的稳定性及结合强度的基础，并可跟粘附功联系起来。提高材料对钎料的润湿性，就能增加粘附功，即钎料与母材间界面的结合强度将得到提高。一般来说，改善材料的润湿性，能提高焊接接头的力学性能。

原则上，无污染的金属母材表面都能被液态钎料所润湿。而调控润湿性可以通过改变液体表面能、改变固体表面特性等实现。例如，使用不同焊剂或还原性气氛下，液态金属能够在基底上表现出不同的润湿性，而增加基底的粗糙度或在固体表面添加润湿性不同的第二相也可以改变体系的润湿性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于焊接且通过表面多孔结构实现钎焊性可调的工艺，以改进并调控工业中大量应用的铜基合金、铁基合金或钴基合金等材料的钎焊性，满足钎焊技术发展的要求。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种通过表面多孔结构实现钎焊性可调的工艺，通过对双相合金进行腐蚀获得表面具有三维通孔结构，对钎料表现出优异且可调的润湿性。如：液态纯锡在其上的接触角可从在抛光铜表面的约23°减小至0°。

本发明中，双相合金表面获得三维通孔结构，三维通孔结构的厚度根据腐蚀时间调节，可达10-100微米；孔径和孔隙率由双相合金的成分和组织细小程度而定，孔径处于微米尺度，孔隙率范围30-80％。

本发明中，双相合金可通过电弧熔炼、真空感应熔炼或其他普通熔炼方法进行制备，也可通过电镀或气相沉积等方法获得。

本发明中，合金有很大的成分范围，例如，铜铁合金中铁元素的质量分数可在20-80％之间；铜钴合金中钴元素的质量百分数可在20-80％之间。

本发明中，双相合金为具有两相组成的混合组织，如铜铁合金或铜钴合金等。

本发明中，表面多孔结构通过将合金在酸性溶液中腐蚀获得，如用体积浓度为5-15％的硝酸的甲醇溶液腐蚀5-40分钟可获得10-100微米厚的表面多孔层。

本发明中，表面多孔结构对纯锡或锡基合金等钎料都具有良好的钎焊性，可在表面多孔结构上直接钎焊。

本发明中，通过改变合金成分和凝固速度等方法以改变微观组织、改变腐蚀液浓度和腐蚀时间，进一步改变腐蚀深度以及改变钎焊温度，从而调控材料的钎焊性。

本发明具有以下优点：

1、本发明所提供的工艺能提高并调控铜基和铁基合金等对纯锡和锡基合金等钎料的钎焊性，能表现出比抛光纯铜表面更好的钎焊性。

2、本发明所提供的工艺可通过改变合金显微组织、腐蚀深度以及工艺参数来调控材料的钎焊性。

3、本发明所提供的工艺不涉及贵重的元素，原料来源丰富，成本低廉。

4、本发明涉及的合金制备对设备要求不高，可在低成本条件下生产高性能的产品。

附图说明

图1为用真空感应熔炼方法制备的67Cu33Fe合金显微组织图。

图2为选择性腐蚀后67Cu33Fe表面的铜的多孔结构形貌。

图3为用真空感应熔炼方法制备的50Cu50Co合金显微组织图。

图4为选择性腐蚀后50Cu50Co表面的铜的多孔结构形貌。

图5为用真空感应熔炼方法制备的31Cu69Fe合金显微组织图。

图6为选择性腐蚀后31Cu69Fe表面的铜的多孔结构形貌。