[发明专利]基于瞬间液相扩散连接的镁合金/铜复合板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于异种金属复合板制备技术领域，具体涉及一种基于瞬间液相扩散连接的镁合金/铜复合板的制备方法。

背景技术

近年来由于电子产品的快速发展，其在效能及功率上的提升，相对在散热方面的需求亦大幅增加。一般业界用于散热器的材料大多以铝合金或铜合金为主，然而近来铝与铜之价格大幅上涨，使得镁合金的成本竞争力相对提升。同时镁合金具有密度低，比强度比刚度高，导热性好，尤其是散热性极佳，而铜具有良好的导热性。为了达到物尽其用的效果，很有必要开发出一种既能保持铜的高导热率，又能利用镁的轻质、高散热性的层状复合金属材料，以满足大功率电子产品散热件的市场需求。这就必然会涉及到镁-铜复合板的制备问题。但镁合金与铜的性质差异很到，加之镁合金在连接过程中极易生成氧化膜，镁合金与铜实现可靠连接的难度很大。

镁合金/铜复合板制备的难度主要表现在：

（1）镁金属十分活跃，在含氧气氛中极易氧化，连接过程形成稳定的氧化膜，爆炸复合、常规扩散连接时元素的界面扩散受阻；

（2）镁合金中的锌元素在高真空下易于挥发，镁的沸点低（1090℃），熔焊时易蒸发和烧损；

（3）由于镁的熔点较低，爆炸复合、常规扩散连接时变形量较大，晶粒严重长大；

（4）镁与铜金属的物理性能（熔点、导热性、线膨胀系数等）差异较大，致使连接过程的热输入和焊接压力难以控制，焊接热应力大，对于结晶温度区大的镁合金，焊接热裂纹倾向严重；

（5）镁在铜中的固溶度极小（Mg在铜中的极限溶解度2.73%，Cu在Mg中的极限溶解度为0.035%），界面区域易产生Cu-Mg脆性化合物；

（6）Mg-Cu合金在485℃会发生共晶反应，接头区形成共晶液相层，但镁的熔点只有650℃，过高的焊接温度将导致焊接过程中镁合金变形量很大，也极易发生晶粒粗大和氧化，从而恶化界面结合区的组织和性能。发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于瞬间液相扩散连接的镁合金/铜复合板的制备方法。该方法采用锡箔作为中间层，利用Sn与Mg、Cu能够在较低的温度下发生共晶反应，在先真空后充氩气的环境中，实现了镁和铜的可靠连接，并且使Mg、Cu的连接温度降低了150℃左右，制备了界面组织致密的镁合金/铜异种金属复合板。采用该方法制备的镁合金/铜复合板的界面过渡层宽度为20μm～180μm，剪切强度达到90MPa～120MPa，复合板材变形量为3%～5%，线膨胀系数7.5×10^－6/℃～9.5×10^－6/℃，热导率230W/m·K～280W/m·K，散热速率达到硬铝合金的1.7～2.0倍。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于瞬间液相扩散连接的镁合金/铜复合板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对锡箔、镁合金板和铜板分别进行预处理除去锡箔、镁合金板和铜板表面的油污和氧化膜；

步骤二、将步骤一中预处理后的锡箔置于预处理后的镁合金板和铜板之间得到组合件，然后在组合件上、下表面均设置石墨纸作为阻焊层，最后将上、下表面设置有石墨纸的组合件置于扩散炉真空室中进行瞬间液相扩散连接，得到镁合金/铜复合板；所述瞬间液相扩散连接的过程为：先对组合件施加4.0MPa～6.0MPa的扩散压力，当真空室真空度达到1Pa～4Pa时开始加热，保持真空室真空度不大于10Pa，当真空室温度升至200℃～250℃时，将扩散压力降至2.0MPa～3.0MPa，然后向炉内充氩气至真空度为100Pa～150Pa，当真空室温度升至400℃～450℃时保温3min～5min，再将扩散压力降至0.2MPa～0.5MPa，保温20min～30min后撤除扩散压力，随炉冷却，待真空室温度达到100℃以下时，开炉取出组合件。

上述的基于瞬间液相扩散连接的镁合金/铜复合板的制备方法，步骤一中所述预处理的方法为：先用砂纸打磨锡箔、镁合金板和铜板，然后采用丙酮超声去除锡箔、镁合金板和铜板表面附着的油污，接着用NaOH溶液去除锡箔、镁合金板和铜板表面的氧化膜，再用HNO₃溶液中和，最后将锡箔、镁合金板和铜板置于无水乙醇中超声波清洗去除表面残留物。

上述的基于瞬间液相扩散连接的镁合金/铜复合板的制备方法，所述NaOH溶液的质量浓度为5%～15%，所述HNO₃溶液的质量浓度为5%～15%。

上述的基于瞬间液相扩散连接的镁合金/铜复合板的制备方法，步骤一中所述锡箔的厚度为10μm～50μm。