[发明专利]用于铝铜软钎焊的Sn-Zn基近共晶无铅钎料合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于铝铜软钎焊的Sn-Zn基近共晶无铅钎料合金及其制备方法，属于新材料技术领域。 

背景技术

铜具有良好的导电性、导热性、塑性加工性能、钎焊性及耐蚀性；因此，在电的传输、热量交换和生活用品等领域中获得了广泛的应用，特别是制冷行业空调与冰箱都是采用铜管作为制冷管路系统的材料。然而，随着铜的资源短缺，铜的价格近年来一直居高不下，而且还在持续的攀升。这促使人们开始寻找铜的替代品来降低成本。因为铝价格相对较低且具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性和易加工性能，在很多原来使用铜的场合完全能够满足使用性能上的要求，而且会使其产品成本大大降低。制冷行业是用铜量比较大的行业，铜价上涨与铜资源的枯竭影响到整个行业的竞争力，用铝替代铜不仅可以大大降低制冷产品的成本，而且不降低冰箱的性能，因此近年来国内外冰箱管路系统中的蒸发器等部件采用铝管制造已成为趋势。 

但是，就目前来看，要获得低成本、高性能，同时制造方便的铝铜接头在技术上还是有一定的难度。这是由于：1. 熔点相差大：纯铝的熔点为660℃，纯铜的熔点为1085℃。由于铝和铜的熔点相差很大（425℃），难以同时熔融。2. 易氧化：在空气中铝表面易形成一层致密的Al₂O₃氧化膜，焊接时阻碍铝和铜的结合，给焊接带来了困难。3. 易产生裂纹：在焊接时生成共晶体Al-Al₂Cu，使焊缝变脆，同时铝的膨胀系数比铜的膨胀系数大约0.5倍，容易导致焊缝产生裂纹。4. 易腐蚀：铝和铜之间的电极电位差为1.997V，易导致电化学腐蚀（铝的标准电极电位为，铜的标准电极电位为0.337V）。5. 易形成气 孔：高温时液态的铝和铜能够溶解和吸收大量的气体（如氢），冷却时合金溶液中气体的溶解度迅速下降而来不及溢出，并在焊缝中形成气孔。所以要实现铝代替铜，首先要解决的就是铝铜连接的问题。 

软钎焊的方法适应性强、灵活性好，可以根据具体情况选用不同的钎料，得到不同强度及不同工作温度的钎焊接头，适用于各种场合，满足新形势下环境保护对铝铜钎焊用无铅钎料的要求。采用低温软钎焊的方法，可以有效的减少在焊接过程中对接头的烧损，避免脆性的金属间化合物的生成，从而具有熔焊、压焊所不具备的优势。因此开发出适用于铝铜异种金属软钎焊，可以形成良好接头的无铅钎料是实现铝代替铜的关键。 

Sn-9Zn钎料合金，其熔点温度与Sn-Pb接近，具有良好的经济性和力学性能：作为共晶合金，Sn-9Zn钎料合金的微观组织是短针状的Zn相分布在Sn基体上，钎料中的Zn与铜基板和铝基板均有较好的亲和力，研究发现Sn-9Zn钎料和铜基板反应生成Cu-Zn金属间化合物；Zn、Al互溶度较大，在很大范围内生成固溶体，Sn-9Zn钎料与铝板反应，在铝界面处生成Al-Zn-Sn固溶区，同时Zn还会在铝基板上形成刺状固溶晶须插入钎料嵌入结合。但Zn元素为反应性强的金属，大量的Zn熔融状态下易于钎料表面氧化而造成合金具有较大的表面张力，严重影响钎料的润湿性及抗腐蚀性，Sn-Zn系钎料钎焊系统的保存性较差，长期放置会引起结合强度变低等不少问题，从而在一定程度上影响了该合金的应用。 

近年来非晶态合金引起大家高度关注。非晶态合金通常称为金属玻璃，因其特殊的内部结构而具有优异的化学、力学和物理性能，例如具有高强度、高硬度及高延展性；独特的电阻性能；优良的耐蚀性等，因此金属玻璃在兵器工业、航空航天、精密机械乃至信息技术等多方面均有应用前景。更重要的是这类材料可以根据其形成规律进行组分设计。因而引起当今科技界的高度重视。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的Sn-9Zn钎料润湿性不佳、钎焊接头力学性能差的不足，提供一种在铜板和铝板上均有较好的润湿性，可以有效的连接两种金属，并形成强度较高的钎焊接头的用于铝铜软钎焊的Sn-Zn基近共晶无铅钎料合金。 

本发明采用的技术方案是：一种用于铝铜软钎焊的Sn-Zn基近共晶无铅钎料合金，所述Sn-Zn基近共晶无铅钎料合金的组分包括金属Sn、Zn和Al元素，其近共晶组分重量百分比含量范围如下：金属Zn为7.02-8.41%，金属Al含量范围为重量百分比0.20-0.50%，金属Sn为余量。 

所述Sn-Zn基近共晶无铅钎料合金的组分还包括金属Ag元素，金属Ag含量范围为重量百分比0.55-0.70%。 

所述的用于铝铜软钎焊的Sn-Zn基近共晶无铅钎料合金的制备方法，其制备过程包括以下步骤： 

(1) 熔炼Zn-Al中间合金